Устройство для обратного тригонометри-ческого преобразования

 

П ИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 849239

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01. 11. 79 (21) 2836205/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.81. Бюллетень Ле 27

Дата опубликования описания 03.08 (51)М. Кл.

6 06 G 7/22

Гооудерстееииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 33 (088. 8) (K() f93 пл т Е. 1Т11 „т- "-ХЛКЩЩ,:дд, (72) Автор изобретения

И.M.Áëþìåíàó

Институт электроники и вычислительной тех н+ка

АН Латвийской ССР (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАТНОГО ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных вычислительных устройств, в которых осуществляются обратные триго5 нометрические преобразования.

Известно устройство, реализующее аналого-цифровое вычисление обратных тригонометрических функций, которое содержит два аналоговых перемножителя сигналов, опорный генератор, фазовращатель, сумматор и фазометр, включенный между выходами опорного генерато ра и смесителя 313 .

Недостатком устройства является. его недостаточная точность, обусловленная применением перемиожителей аналоговых сигналов и фазовращателя,Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее опорный и подстраиваемый генераторы, фазовый детектор, делитель частоты, блок управляемых задержек на основе схемы сравнения кодов, дискриминатор, мгновенных значений, переключатели режима, а также блок цифрового уравновешивания, включающий схему задержки. и реверсивный счетчик. Устройство осуществляет функциональные преобразования по законам а свтпх и a ccosXL2) .

Однако устройство не может осуществить преобразования по другим обратным тригонометрическим зависимостям. Кроме того, результат преобразования зависит от амплитуды сигнала опорного генератора, что снижает точность устройства.

Цель изобретения — повьппение точ1 ности и увеличение количества воспроизводимых функций.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее опорный ге- нератор, выход синусоидального сигнала которого соединен с первым информационным входом первого дискриминатора мгновенных значений, а выход прямоугольного сигнала - с первым входом фазового детектора, выход которого

9 4

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— блок управляемых задержек устройства.

Устройство содержит опорный генератор 1, дискриминаторы 2 и 3 мгновен-. ных значений, фазовый детектор 4, делитель 5 частоты, подстраиваемый генератор 6 импульсов, блок 7 управляемых задержек, блок 8 цифрового уравновешивания, блок 9 компенсации, умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 10. Блок 7 управляемых задержек содержит схемы 11 и 12 сравнения кодов, сумматор 13 и переключатель 14.

Блок 8 цифрового уравновешивания: может быть выполнен, например, в виде реверсивного счетчика, счетный вход которого через элемент задержки связан с выходом блока 7 управляемых задержек °

Блок 9.компенсации может состоять из последовательно соединенных блока цифрового уравновешивания с ЦАП либо из интегратора с ключом на входе.

Арктангенсное и арккотангенсное преобразования устройство осуществляет следующим образом.

Опорный генератор 1. вырабатывает синусоидальное напряжение U =Аз ивЂ

2,В

S т с периодом Т и амплитудой А, поступающее на первый вход сравнения дискриминаторов 2 и 3, а также прямоугольные импульсы, передний фронт которых соответствует нулевой фазе синусоидального сигнала, поступающие на первый вход фазового детектора 4. Благодаря действию астатической системы ФАПЧ, в которую входят подстраиваемый генератор 6, делитель 5 частоты с коэффициентом деления 2N и фазовый

1 детектор 4, частота и фаза импульсов на втором входе последнего такие же, как у опорного генератора 1, а период колебаний подстраиваемого генератора 6 устанавливается равным Т1 =T/2N.

Блок 7 управляемых задержек из каждых 2N импульсов генератора 6, соответствующих одному периоду колебаний опорного генератора 1 выделяет по два стробирующих импульса с номерами соответственно и и и +й/2, задержка которых относительно нулевой фазы опорных колебаний равна соответи ственно 1 — -nT = — Т и =t + — =T(+

1Ы Ъ14 2М

) . При этом число и определяется ко4 дом на выходе блока 8, который поступает на вход схемы 12 сравнения ко40

3 84923 ,через подстраиваемый генератор связан . с входом делителя частоты и первым входом блока управляемых задержек, импульсный выход делителя и частоты соединен с вторым входом фазового де5 тектора, а кодовый выход — с вторым входом блока управляемых задержек, выход первого дискриминатора мгновенных значений соединен с первым входом блока цифрового уравновешивания, 10 выход которого, являющийся выходом устройства, подключен к третьему входу блока управляемых задержек, первый выход которого соединен со стробирующим входом первого дискриминатора 15 мгновенных значений, содержит блок компенсации, умножающий цифроаналоговый преобразователь и второй дискриминатор мгновенных значений, первый и второй информационные входы которого сое- 20 динены соответственно с выходом синусо— идального сигнала опорного генератора и выходом умножающего цифроаналогового преобразователя, а выход — с информа ционным входом блока компенсации, 25 первый выход блока управляемых задержек соединен с вторым входом блока цифрового уравновешивания, второй выход блока управляемых задержек соединен со стробирующим входом второго 30 дискриминатора мгновенных значений и управляющим входом блока компенсации, выход которого соединен с вто рым информационным входом первого дискриминатора мгновенных значений и 35 аналоговым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, кодовый вход которого является входом устройства.

Кроме того, блбк управляемых задержек содержит первую и вторую схемы сравнения кодов, сумматор и переключатель, первый и второй выходыкоторого являются соответствующими выходами блока, первый вход которого 45 соединен с входами стробирования схем сравнения кодов, второй вход блока соединен с первым и информационными входами схем сравнения кодов, выходы которых подключены к соответствующим 50 входам переключателя, третий выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с третьим входом блока и вторым информационным входом первой схемы 55 сравнения кодов, а выход сумматора соединен с вторым информационным входом второй схемы сравнения кодов.

10 (Т3 1 3 . 1ь ll»

KA(— — — )ьи1 — п=АСО5 — n

Й 2) м м

5 849 дов и через сумматор 13 на вход схемы 1! сравнения кодов, где они сравниваются с текущими кодами, поступающими от делителя 5 частоты.

В случае арктангенсного и арккотангенсного функционального преобразования через переключатель 14 выход .схемы 12 подключен к входам блока 9 компенсации и дискриминатора 3, а выход схемы 11 — к входам блока 8 цифрового уравновешивания и дискриминатора 2.

Указанным фазам первого и второго стробирующих импульсов относительно опорного синусоидальйого сигнала со ответствуют мгновенные значения последнего, равные соответственно

Ь

U =Аь!и — ъ =Аь1„—

t ц

239 6 выходное напряжение равным М а коэффициент передачи — К, можно записать

-KU (— — )=KA(— — — )з п- и о (,! 2 ) (g g/ N

В установившемся режиме, таким образом, выполняется равенство

Используя формулы приведения, данное равенство можно представить в вик — „- — соы — „— — =sin —,, ——

in 1i (m откуда gag, - — =-к — ——

42) 4 2)

2 Е 1ь

0з2= Asin . =Асс — n

20

Логический сигнал на выходе дискриминат ора 3 мгновенных значений, поступающий на управляющий вход блока

9 компенсации, определяется знаком разности мгновенных значений напряжения на его сигнальных входах в момент поступления стробимпульсов. В зависимости от этого сигнала напряжение на выходе блока 9 с поступлением каждого стробимпульса, имеющего задержку й,! меняется таким образом, что компенсирует соответствующее мгновенное зна,чение синусоидального напряжения U „ в фазе стробирования, так что через некоторое количество периодов повторения синусоидального сигнала на выходе блока 9 компенсации устанавливается квазипостоянное напряжение, равное tt 40

0<=0%, =A&in — !1. Подобную функцию в цифровой форме выполняет также блоК 8 цифрового уравновешивания. Код .на его выходе увеличивается либо уменьшается в зависимости от срабатывания либо несрабатывания дискриминатора 2 в момент

45 поступления каждого стробимпульса с задержкой t относительно опорного сигнала, а установившееся значение ,кода соответствует равенству 0 =0, где 0 " выходное напряжение ЦАП 10 ° 1 50 а U — мгновенное значение синусоидального сигнала, соответствующее фазе стробирования, т.е, 0 =Асора, р.

Последнее. определяется величиной оно55 рного напряжения на входе ЦАП 1 О, которое равно 0 =U =Asin+p и значеоп нием кода m на входе устройства. Считая ЦАП 10 двухполярным и принимая н наконец °

Ю

1 t Г m 1

„— — — = — — си с ук(-„- — ))

Выходной код устройства связан с входной арктангенсной зависимостью, причем, если n — двоичное число, его старший разряд можно считать знаковым. Из формулы следует также представление выходного кода и в виде ст — n=-1а — - - т е — Огсс к(— - - ) что обеспечивает арккотангенсное функциональное преобразование.

Наличие установившегося состояния в данной точке обусловлено тем, что изменение фазового положения второго стробимпульса происходит на участке монотонного изменения синусоидального сигнала, на котором выполняется условие устойчивости системы (поскольку с ростом и от 0 до й-1 напряжение

0 монотонно убывает от +А до -А, знак разности между 0+ и напряжением 0 на выходе ЦАП 10 однозначно определяет направление, в котором должно изменяться и для достижения равенства U = 1

Для реализации преобразований по другим обратным тригонометрическим зависимостям необходимо с помощью переключателя 14 блокировать сумматор

13 блока 7 управляемых задержек. При этом фаза одного из стробируюших импульсов (на выходе схемы 11) становится постоянной и соответствует мгновенному значению синусоидального сигнала, равному его амплитуде А.

Область изменения фазы другого стробирующего импульса при этом вы7 84 бирается такой, что в ней обеспечивается монотонностьi используемого. участка синусоидального напряжения.

Например, в случае, когда на блок 9 компенсации поступают импульсы с задержкой t Òß + I, а на блок 8 цифрового уравновешивания — с задержкой

t = „-, напряжение на выходе блока 9 равТ но Ц,=AsinÚ(ß+ $), а напряжение на выхо.де ЦЛП 10 равно А (при К=1). При этом

9239 8

10 дом делителя частоты и первым входом блока управляемых задержек, импульсный выход делителя частоты соединен с вторым входом фазового детектора, а кодовый выход — с вторым входом блока управляемых задержек, выход первого дискриминатора мгновенных значений соединен с первым входом блока цифрового уравновешивания, выход которого, являющийся выходом устройства, подклюДля реализации преобразования по арксекансной (арккосекансной) зависимости достаточно с помощью переключателя 14 скоммутировать выходы блока 7 управляемых задержек так, что задержка стробимпульсов, поступающих на блок 9 компенсации, постоянна и равна Т/4, а стробимпульсов, по

1 ступающих на блок 8, равна Т „+ — 4).

При этом, аналогично предыдущему, в установившемся режиме „-U Асора — и, u =A

Аналогично реализуются также агсъ и си.ссор — функциональные преобразования.

Изобретение позволяет повысить точность реализуемых функциональных пре35 образований и, обеспечить расширение функциональных возможностей путем реализации всех обратных тригонометрических функций. При этом преобра40 зователь содержит минимальное количество прецизионных аналоговых узлов, что повышает надежность его работы и допускает выполнение на стандартных интеграторных микросхемах.

Формула изобретения

1. Устройство для обратного тригонометрического преобразования, содержащее опорный генератор, выход синусоидального сигнала которого соединен с первым информационным входом первого дискриминатора мгновенных значений, а выход прямоугольного сигнала — с первым входом фазового детектора, выход которого через подстраиваемый генератор импульсов связан с вхо/ 1 Ъ В откуда A= k A (— — — )со — д N ) — „, = — си.сьес(К(— — -" )) 15

55 чен к третьему входу блока управляемых задержек, первый выход которого соединен со стробирующим входом первого дискриминатора мгновенных значений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения класса воспроизводимых функций, устройство содержит блок компенсации, умножающий цифроаналоговый преобразователь и второй дискриминатор мгновенных Значений, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходом синусоидального сигнала опорного генератора и выходом умножающего цифроаналогового преобразователя, а выход — с информационньм входом блока компенсации, первый выход блока управляемых задержек соединен с вторым входом блока цифрового уравновешивания, второй выход блока управляемых задержек соединен со стробирующим входом второго дискриминатора мгновенных значений и управляющим входом блока компенсации, выход которого соединен со вторым информационным входом первого дискриминатора мгновенных значений и аналоговым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, кодовый вход которого является входом, устройства, 2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с. я тем, что блок управляемых задержек содержит первую и вторую схемы сравнения кодов, сумматор и переключатель, первый и второй выходы которого являются соответствующими выходами блока, первый вход которого соединен с входами стробирования схем сравнения кодов, второй вход блока соединен с первыми информационными

: входами схем сравнения кодов, выходы которых подключены к соответствующим входам переключателя, третий выход которого соединен с первым входом сумматора, вто-,,рой вход которого соединен с третьим входом блока и вторым информационным входом первой схемы сравнения кодов, а выход сумматора соединен с вторым

849239

От д л.

0m

ИЕ

Фиа 2

ВНИИ11И Заказ 6096/65 Тираж 745 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 информационным входом второй схемы сравнения кодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Проблемы технической электродинамики, 1978, вып. 67, с. 78-80.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2592633 кл. G 06 G 7/22, 1978 (прототип).