Функциональный преобразователь напряжения в код

 

Союз Советских

Социапистнческих

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву 9822347 (22) Заявлено 281279 (21) 2860261/18-21 f/)) Ц ЦП з

Н 03 К 13/17 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 1505,82. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 1505.82 () ЧФ 681 ° 325 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Н.П. Вашкевич и Л.Н. Панков (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЬ (1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИ Я

В КОД

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в различных информационно-измерительных системах. 5

По основному авт. св. Р 822347 известно устройство-, содержащее аналоговый коммутатор, усилитель, блок сравнения, цифро-аналоговый преобразо- 1р ватель, устройство управления, поразРядный функциональный преобразователь, сумматор, запоминающее устройство, входы аналогового коммутатора соединены с входной клеммой, выход аналогового коммутатора через усилитель соединен с первым входом блока сравнения, второй вход узилителя соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами сумматора и входами поразрядного функционального преобразователя, входы сумматора соединены с выходами запоминающего устройства, входы управления аналогового коммутатора, усилителя, поразрядного функционального преобразователя, сумматора, запоминающего устройства соединены с выходом устройства управления. В основу работы положен итерационный процесс (1). 30

Однако это устройство обладает ограниченным быстродействием. Выполнение преобразования напряжения в код в нем по алгоритму поразрядного уравновешивания не позволяет достичь высокого быстродействия.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Цель достигается тем, что в функциональный преобразователь напряжения в код, содержащий аналоговый коммутатор, усилитель, блок сравнения, цифро-аналоговый преобразователь, устройство управления, поразрядный функциональный преобразователь, сумматор, запоминающее уст1зойство, входы аналогового коммутатора соединены с входной клеммой, выход аналогового . коммутатора через усилитель соединен с первым входом блока сравнения, второй вход усилителя соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами сумматора и входами поразрядного функционального преобразователя, входы сумматора соединены с выходами запоминающего устройства, входы управления аналогового коммутатора, усилителя, поразрядного функционального преробразователя, сумматора, за1

928634

Вес разряда, Q °

Основание, d.

-(1-4) arctg * 4

3,9951

0,0156

3, 9 24 8

0,0624

3,9997

0,0039

1 3,2060

0,7854 0,2450

7,9994

0,00195

7,9594

0,0156

6,3158

0,1244

7, Р801

0,0997

10,0000

0,0010

9,9672

0,0100

15,979

12,5829

Оу0624

0,0039

4,0000

0,0009

arth 6

4,0002

0,0039

4,0049

0,0156

4,0813

0,0626

0,2554

8,0000

0,00024

8,0008

0,00195

1 8,0413

0,1257 10,0156 поминающего устройства соединены с выходами устройства управления, введены последовательно соединенные шифратор и блок округления, включенные между выходом блока сравнения и входами запоминающего устройства, и 5 блок управления итерациями, первый и второй входы которого подключены к соответствующим входам запоминающего устройства, первый вход блока управления итерациями подключен также к второму входу блока сравнения, третий вход — к выходу устройства управления, выход — ко входу поразрядного функционального преобразователя, входы управления блока управления итерациями и блока, сравнения соединены с выходами устройства управления.

На фиг.1 представлена. структурная схема фуикционального преобразователя напряжения в код; на фиг.2 - пояснение процесса квантования в устройстве.

Устройство содержит аналоговый коммутатор 1, усилитель 2, блок сравнения 3, цифро-аналоговый преобраэова тель 4, устройство управления 5„ сумматор 7, запоминающее устройство 8, шифратор 9; блок округления 10, блок управления итерациями 11, входные клеммы 12 устройства.

Поразрядный функциональный преобразователь 6 выполнен, например, на основе регистров 13 и 14, сумматоров

15 и 16, блоков сдвига 17 и 18 и цифрового переключателя 19, Усилитель 2, блок сравнения 3г циф" ро-аналоговый преобразователь 4, сум-, матор 7, запоминающее устройство 8, шифратор 9, блок округления 10 образуют преобразователь напряжения в код параллельно-последовательного уравновешивания с искусственным порядком весов. разрядов кода. Для обеспечения искусственного порядка весов разрядов кода коэффициент передачи

M (усилителя 2 изменяется по тактам уравновешивания по соотношению

8 . к гдеМ;=1;

Q Q веса разрядов кода на тактах уравновешивания

i-1 и i.

Для выполняемых функциональных пре. образований напряжения в код и ocHQвании системы счисления I. Q м -1)

=arctg а при образовании тригонометрических зависимостей, Q<;—

:arth d при образовании гиперболических зависимостей, Q9;= 1од, (мФ " при образовании эксйоненцйальной зависимости. Значения величин A и 6; по тактам уравновешивания i представлены в таблице.

Такт уравновешивания 1

928634

Продолжение таблицы

Основа ние, Вес разряда, 5

10,0000

0 i0001

10,0016

10,033

0,0100

16,0022

0,0039

1,0

О i 0010

О, 1003

16,0008

О, 00024

0,0626

3, 1062 3,6807

0,2231 0,0606

3,9768

3,9103

0,6931

0,0155 0,0039 1+ ) 8

° !

5, 8849

0,1178

7,5969

0,0155

7,9459

0,00195

7,2725

9,9560

0,0010

9, 5786

0 0953

11,4335

0,00995

15,550

° I

0,0039. 0,0606

Компенсирующие напряжения U <. по

1 тактам уравновешивания 1 формируются путем суммирования эталонных напряжений, пропорциональных весам разрядов . кодов m v QK;

1-3

О,,Ип, 1 ).Х Я„.+гпту,.Х;Я„,, где m> масштаб преобразования; знак результата сравнения, при квантовании напряжения к нижней границе кванта $.=1, при квантовании напряженйя к верхней границе кванта — -1 х „- — результат сравнения нескомпенсированн ого напряжения с равномерной шкалой эталонных напряжений .у.1 ,ч, А, или g.=-j0 je p „

Х„.e Od,-1 при формировании тригонометрических и экспоненциальной зависимостей; х„ Ос1 — при формировании гиперболических зависимостей;за нижнюю границу кванта j шкалы эталонных напряжений прини- 60 маются эталонные напряжения

+01, верхней границе этого кванта шкалы эталонных напряжений соответствуют эта-. лонные напряжения JU +q . 65

Вычисление суммы в цифровой форме позволяет получить код N<= N преобразуемого напряжения U><, По результатам сравнения х „и ; формируются коды Н.=, и И; „= х я путем вычисления по тактам уравновешивания двух взаимосвязанных величин для тригонометрических зависимостей по соотношениям для гиперболических зависимостей по соотношениям

Х. „=К. +fgg Y., для экспоненциальной зависимости по соотношению

Х- =Х.+ .cL

М1 1 1 1

В каждом такте уравновешивания вычисление по этим соотнсшениям повторяются д раз. Постоянство числа тактов вычисления позволяет учесть масштабную деформацню величин, присущую методу вычислений цифра за цифрой, сохранить постоянными коэффициенты деформации k и kt, и получить коды без масштабного изменения величин. Увеличение числа тактов

928634 вычисления для сохранения их числа постоянным учитывается в тактах уравновешивания введением двух способов квантования напряжений — квантования напряжений к нижней и верхней границам соответствующего кванта шкалы 5 эталонных напряжений. для выполнения такого квантования результат сравнения х „ округляется: вырабатывается результат х; = х; при квантовании напряжения к нижней границе кванта 10 и результат х. = х +1 при квантоI0 вании напряжения к верхней границе кванта.

Первые х1О такты вычисления ве- .

JIM IHH X °,, 3.,„ HblIIOJIHRloTCH CO )5 знаком величины ., остальные d. — x„.o

1 такты вычисления — со знакочередующимися знаками + и — . Последние такты вычисления выполняются для сохранения числа тактов вычисления постоянным.

При форми ров ании три гон ометрич еских функциональных зависимостей число тактов вычисления величин х ),1 может быть равным А1 . Вычисление экспоненциальной зависимости не сопровождается масштабными деформациями величин, поэтому число тактов вычисления величины для этой зависимости может составлять х, На

1 всех тактах уравновешивания и вычисления х;,1 для этой функции возможно применение постоянного значения ;. для вычисления суммы в устройстве используются сумматор 7 и запоминаю- g5 щее устройство 8, в котором хранятся предварительно вычисленные константы

x„ Q <„ .коды с выхода сумматора 7 пе-. редаются в цифро- аналоговый преобра-. зователь 4, который вырабатывает сост о ветствующие им компенсирующие напряжения Uq

Вычисление величин х;11 и Ч 1 выполняется в поразрядном функцио 45 нальном преобразователе 6 с примене.— нием регистров 13 и 14, блоков сдвига 17 и 18 и сумматоров 15 и 16.

В регистре 13 фиксируется очередное значение х ° 1 в регистре 14 — Ч; (; 11

-(-1)

Операции умйожения на 2 () и 2 5О заменяются операциями, сдвига на i-1 и i разрядов содержимого регистров

13 и 14 с помощью блоков сдвига 17 и 18 с последующей передачей на входы сумматоров 15 и 16. Цифровой переключатель 19 соединяет вход сумматора 15 при формировании тригонометрических и гиперболических функций с выходом блока сдвига 18, при формировании экспоненциальной зависи- 6{) мости — с выходом блока сдвига 17 °

По сигналу ; сумматоры 15 и 16 выполняют сложение или вычитание величин по указанным формулам для вычисления х 65

Функциональный преобразователь напряжения в код .работает следующим образом.

Устройство управления 5 вырабатывает сигналы, задающие последовательность работы во времени различных схем преобразователя. По сигналу устройства управления 5 преобразуемое напряжение аналоговым коммутатором 1 через усилитель 2 передается на вход блока сравнения 3. Коэффициент передачи усилителя 2 устанавливается в зависимости от режима формируемой функциональной зависимости и номера такта уравновешивания.

В блоке сравнения 3 преобразуемое напряжение сравнивается с равномерной шкалой эталонных напряжений. Шифратор 9 по результатам сравнения вырабатывает код х, результата сравнения, который передается в блок округления 10. Последний формирует величины х;0 и (; в зависимости от выполняемого квантования преобразуемого напряжения. Выполнение квантования поясняется фиг.2 d на которой изображены положения шкалы эталонных напряжений U при А =8 в соседние такты уравновешивания и изменения преобразуемого сигнала после усиления его усилителем 2. При n - * и попадании преобразуемого напряжения в четный квант шкалы эталонных напряжений, его квантование выполняется к нижней границе кванта, результат сравнения х; не корректируется, т.е. х;о — х„, и „. = 1. При попадании преобразуемого напряжения в нечетный квант шкалы эталонных напряжений х „о — х „.,1 и

-1. В этом случае блок сравнения

3 по сигналу с выхода блока округления 10 перестраивает свою работу для сравнения нескомпенсированной разности напряжений на следующем шаге.

Возможны два варианта построения блока сравнения 3 и соответствующие им режимы перестройки работы. В блоке сравнения 3 с неизменной шкалой эталонных напряжений при квантовании напряжения к верхней границе кванта в данном такте уравновешивания в следующем такте уравновешивания сравнению подвергается нескомпенсированная разность hUy преобразуемого и компенсирующего напряжений с противоположным знаком (фиг.2 В ) . Изменение знака напряжения ьБ можно получить, например с помощью дополнительного инвертора в цепи передачи этого сигнала.

В блоке сравнения 3 с подачей напряжения на схемы сравнения без изменения знака при квантовании напряжения к верхней границе кванта шкалы эталонных напряжений в следующем такте уравновешивания для сравнения используются равномерная шкала эталонных напряжений — О (фиг.2 6 ) .

928634

На остальных тактах уравновешивания всегда при х;Π— х; для сравнения на следующем такте сохраняется шкала эталонных напряжений, при х,; = х;н для сравнения на следующем такте вйставляется шкала эталонных напряжений со знаками напряжений, противоположными знакам напряжений шкалы эталонных напряжений данного такта.

По результатам округления х„.о из запоминающего устройства 8 на входы 10 сумматора 7 со знаком, определяемым поступают константы х;„ Q<„.

Результаты округления х;, признак функциональной зависимости k и номер такта уравновешивания 1 образуют адрес ячейки запоминающего устройства 8; из которой извлекается очередная константа. В сумматоре 7 выраба-, тывается код компенсирующего напряжения. Этот код с выхода сумматора 7 0 поступает в цифро-аналоговый преобразователь 4, на выход которого выдается соответствующее ему компенсирующее напряжение U« . Компенсирующее напряжение Uy„- вычитается из преобра- 5 зуемого напряжения U q

НапРяжение дПх= У„- U; усиливается во втором такте уравновешивания с коэффициентом передачи A < и вновь сравнивается со шкалой эталонных напряжений. Последовательность операций шифрации, округления, выработки кодов и компенсирующего напряжения повторяется. Всего выполняется и тактов уравновешивания..

После каждого такта уравновешива- З5 ния в цифровом функциональном преобразователе 6 выполняются такты вычисления величин х -«, 8;, Результаты округления х . преобразуются в бло а ке управления итерациями 11 во вре- 40 менную последовательность сигналов управления режимов работы сумматоров

15 и 16. Во время первых х; тактов на входы управления сумматоров выдается постоянный сигнал, соответствую-4 щий „, в остальных d.- x;, тактах сумматоры поочередно выполняют операции сложения и вычитания.

В первом такте вычисления в регистры 13 и 14 заносятся величины х, ; соответственно. В сумматорах

15 и 16 по $. = 1 и хЮ выполняется.

1 один цикл (cL тактов) вычислений, и новые значения х < и 1 фиксируются в регистрах 13 и 14. Всего выполняется и циклов вычисления величин х «> после чего в сумматоре. 7 форми 4 ю руется код преобразуемого напряжения N1 Nx в регистрах 13 и 14 коды N - и N . (функционально связан),)« ные с преобразуемым напряжением Uy) .60

Формирование определенных кодов имеет следующие особенности.

Ux Vx

Коды Й„=М М =8(п „ H =COS —;

»пv v

65 (=0; X =,1/К=4 П (1"1

1(1 1)! л

""Ã"„ Г" è » х .

Коды М =H, N =Ой —; йб=сЪ вЂ” >

1 х1 4 mv! nlv

3 =0; Н = (((Ü=It П (1-9. )" =1,06608;

Н+- („; К,=Н„ чх

КоДы (Х ((, ЕХР—

Н„= ; й6-X„.

Коды координат х и у точки М при выполнении операции поворота осей координат для тригонометрических функ.; Ч„= й„

Ч, 1" м

8 =И

8 хм y („= 4 м

В„= („; й8=Х,.

Напряжения U» м, U м, соответствующие координатам х и у точки М, при коэффициенте передачи усилителя 2 k»

М;, k = 1/k=0.,66392 преобразуются в коды N» и И хм в сумматоре 7. Эти коды из сумматора 7 передаются в регистры 13 и 14, где они используются в качестве исходных данных для выполнения операции поворота осей координат.

Далее при к — 1 преобразуется напряжение U соответствующее углу Ч поворота осей координат, и одновременно вычисляются величины х; „, ч;Н которые являются координатамй точки

М при новом положении осеР координат:

Xì-ХмСОзМ Ум и )

Ч м= (,„сл - Хмз пЧ, Коды координат х и у точки М при выполнении операции поворота осей координат для гиперболических функQ)- —,Я =Я

"Ч

N(0-=NММ ) У,=М М X1=™XÌ 7 rn f Ne=yh

Работа устройства в этом режиме отличается от работы в предшествующем тем, что устанавливается коэффициент передачи усилителя 2, равным к>. М;, 1/k 1,06608 при преобразовании напряжений U y и Ухм величины х „- „ и Ъ;« вычисляются по,соотношениям

X„ =Õ,„СЬЧi Y„8Ì; („= („съ Ч- YNel v

Коды координат х и у точки М при выполнении преобразования из полярной системы координат в прямоугольную систему координат для тригонометрических функций

9286 34

u„

"" п „ "И=" М ™й="Xu

I 0; X.,=HP ; 8 „; „ - Х„.

Напряжение Ug< соответствующее 5 радиус-вектору точки М при коэффициенте передачи усилителя 2 k> M, k„=

0,66392 преобразуется в код Ngy, который в качестве исходной величины вводится в регистр 13. После преобра- д зования напряжения Uз при kÓ= 1 и вычислении х, м вычисляются координаты точки по соотношениям

Хм=,„ оз ;

Чм =ам sl17V., f5

Коды координат х и у точки М при преобразовании из полярной системы координат в прямоугольную систему координат для гиперболических функ.— )y УМ 44 Х1й 20

Ч

1 ММ У

V =О; Х„= „, 1

О п> 44 п"

B отличие от прешествукщего режима устанавливается k> 1,06608 и выпол- 25 няются такты вычисления по формулам

Х„=R с ;

"м=Я„ ЬМ.

Таким образом, в предлагаемом уст-ЗО ройстве на единой алгоритмической основе формируются коды, связанные широким набором функциональных зависимостей с преобразуемым напряжением.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь напряжения в код по авт. св. Ф 822347, отличающийся тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные шифратор и блок округления, включенные между выходом блока сравнения и входами запоминающего устройства, и блок управления итерациями, первый и второй входы которого подключены к соответствующим входам запоминающего устройства, первый вход блока управления итерациями подключен также к второму входу блока сравнения, третий вход †. к выходу устройства управ-. ления, выход - ко входу поразрядного функционального преобразователя, входы управления блока управления итерациями и блока сравнения соединены с выходами устройства управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 822347, кл. Н 03 К 13/17, 1979 (прототип) .

928б34

Составитель В.Махнанов

Техред Е. Харитончик Корректор Е. Рошко

Редактор Т.Веселова

Заказ 3283/75 Тираж 954 Подписн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4 5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул.Проектная, 4 б

Ц7

Ug

Иу

Уу /. и, Ур

У!

Uy д и, 2

-Op

-0)

-ф

-и

-Ug

Ю gati

Фиг.2

Уу

0g

У

Ор 0

Up

Ug и, Uy