Частотно-импульсный функциональный преобразователь
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскии
Социалистических
Республик
<п>995095 (6() Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 12. 06. 81.(2! ) 3328911/18-24
Р РЦ К з
G 06 Р 15/31 с присоединением заявки М—
Государственный .комитет
СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 681. 325 (088. 8) Опубликовано 0702.83. Бюллетень Мо 5
Дата опубликования описания 07. 02. 83
В. Б-Лудыкевич, Т.Г. Галамай, В. И. Отенко и 3.М./. трипецкий- ---1,: и .-; (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
Львовский ордена. Ленина политехнический ин им. Ленинского комсомола тут (54) ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в устройствах линеаризации характеристик датчиков с частотным выходом.
Известен частотно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий генератор опорной частоты, три управляемых делителя частоты, дешифратор, блок памяти и блок управления.
Один из управляемых делителей частоты выполняет функцию частотного интегратора и содержит счетчик-делитель, управляющий реверсивный счетчик, элементы И по числу разрядов счетчийов и элемент ИЛИ.
Недостатками известного преобразователя являются ограниченные функциональные воэможности и черезмерная зависимость. аппаратурных затрат от количества участков аппроксимации
Г1 1.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является частотно-импульсный функциональный генератор, содержащий- генератор эталонной частоты, блок памяти, первую и вторую группы, элементов И, элемент
И, реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, элемент И, счетчик, пер= З0 вая группа разрядных выходов которо го подключена к первым входам элементов И первой группы, вторая группа разрядных выходов счетчика подключена к входам дешифратора, выходы которого подключены к входам блока памяти, первая группа выходов которого под- ключена к первой группе входов управ- . ляемого делителя частоты, выход генератора эталонной частоты подключен к первому входу элемента И, второй вход которого. подключен к управляющей шине и управляющему входу реверсивного счетчика, выход элемента И подключен к управляющему входу. счетчика, вторая группа разрядных выходов которого подключена к первой группе входов элементов И второй группы, вторая группа входов которых подключена к разрядным выходам реверсивното счетчика и второй группе входов элементов
И первой группы, вторая группа выходов блока памяти подключена к управляющим входам реверсивного счетчика, информационный вход которого подключен к выходу сумматора-вычитателя,информационные входы которого подключены соответственно к выходу управляемого делителя частоты и выходам элементов
И первой группы и информационному вы995095 ходу устройства, выходы элементов И второй группы подключены к второй группе входов управляемого делителя частоты 2 ).
Недостатком известного генератора являются узкие функциональные возможности: линеаризация характеристик датчиков может выполняться только путем их аппроксимации отрезками степенных функций. Это в свою очередь, снижает точность линеаризации.
1Î
Цель изобретения — повышение точности °
Поставленная цель достигается тем, что н частотно-импульсный функциональный преобразователь| содержащий дне группы импульсно-потенциальных элементов И, два элемента ИЛИ, суммирующий счетчик, дешифратор, блок памяти, первый ренерсивный счетчик и первый управляемый делитель частоты, управляющие входы которого соеди-20 нены с первым выходом блока памяти, вход которого через дешифратор соединен с первым выходом суммирующего счетчика, второй выход последнего соединен с импульсными входами элемен25 тов И первой группы и потенциальными входами элементов И второй группы, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом пер-30 ного управляемого делителя частоты, второй выход блока памяти соединен с управляющим входом первого реверсивного счетчика, а выход последнего с ипульсными входами элементов И 35 второй группы и потенциальными входами элементов И первой группы, выходы которых соединены с нходами второго элемента ИЛИ, вход суммирующего счетчика соединен с входом аргумента 40 преобразователя, дополнительно введены второй управляемый делитель частоты, второй реверсивный счетчик, третья группа импульсно-потенциальных элементов И, третий элемент ИЛИ и два импульсных сумматора- нычитателя„ управляющие входы которых соединены соответсгвенно с третьим и четвертым выходами блрка памяти, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с упранляющим входом второ". го управляемого делителя частоты и потенциальными входами элементов И третьей группы, импульсные входы и выходы которых соединены соответственно с вторым выходом суммирующего 55 счетчика и входами третьего элемента
ИЛИ, выход которого соединен с первым информационным входом первого импульсного сумматора- нычитателя, второй информационный вход которого сое- g) динен с выходом второго импульсного сумматора-вычитателя и информационным входом первого реверсивного счет-- чика, седьмой выход блока памяти сое-динен с управляющим входом второго 65 реверсинного счетчика, информационный вход которого соединен с выходом первого импульсного сумматора-вччитателя, первый и второй информационные входы второго импульсного сумматоравычитателя соединены с выходами соответствующих управляемых делителей частоты.
На чертеже представлена блок-схема преобразователя.
Частотно-импульсный функциональный преобразователь содержит реверсинные счетчики 1 и 2, суммирующий счетчик 3, дешифратор 4, блок памяти
5, управляемые делители б и 7 частоты, группу 8 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 9 ИЛИ, группу .10 импульсно-потенциальных элементов
И, элемент 11 ИЛИ, группу 12 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 13 ИЛИ, импульсные сумматорынычитатели 14 и 15.
Преобразователь работает следующим образом.
Перед началом преобразования в реверсинных счетчиках 1 и 2 установлены соответственно числа йо и Ъо . Импульсная последовательность поступает на вход счетчика З,который при достижении аргументом Хнх значений
X<<„iКах ° ° Кнх„, определяющих Уе аппроксимации, через дешифратор 4 возбуждает входы блока 5 памяти, устанавливающего выходными сигналами коэффициенты деления управляемых делителей б и 7 и двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика З,группы
8 с элементом 9 на выходе. Кроме того, сигналами с выхода блока 5 задаются режимы работы реверсивных счетчиков 1, 2 и сумматоров-вычитателей
14 и 15.
Импульсная последовательность с двоичного умножителя частоты, образованного счетчиком 3, группой 10 и элементом 11, поступает на вход управляемого делителя б, а последовательность импульсов с двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика 1, группы 12 и элемента 13,поступает на вход управляемого делителя
7. С выходов делителей б и 7 импульсы подаются на входы сумматора-нычитателя 14. Текущее значение числа, являющееся первым результатом преобразонания и формируемое в счетчике 1 импульсной последовательностью, поступающей с выхода сумматора-вычитателя 14, изменяется (уменьшается или увеличивается) н зависимости от режима работы этого счетчика, Режим работы счетчика 1(вычитание или суммирование) задается блоком 5.
Кроме того, импульсы с выхода сумматора-вычитателя 14 поступают на один вход сумматора-вычитателя 15,на другой вход которого поступает импульсная последовательность двоично995095
9. Сумматор-вычитатель 14 работает в режиме вычитания, а сумматор-вы." читатель 15 — в режиме сложения -им пульсных последовательностей. Счетчики
1 и 2 работают в режиме суммирования.
10. Сумматор-вычитатель 14 работает в режиме вычитания, а сумматорвычитатель 15 — в режиме сложения импульсных последовательностей. Счетчик 1 работает в режиме вычитания, а счетчик 2 — в режиме суммирования. 65 где йу — приращение импульсной последовательности у на выходе сумматора-вычитателя 14 дх — приращение импульсной последовательности хз на выходе двоичного умножителя, состоящего из счетчика 3, группы 8 и элемента 9. го умножителя частоты, состоящего иэ 11.Сумматор-вычитатель 14 работает счетчика 3, группы 8 и элемента 9. в режиме вычитания, а сумматор-вычиТекущее значение числа, являющееся татель 15 — в режиме сложения имвторым результатом преобразования и пульсных последовательностей. Счетформируемое в счетчике 2 импульсной чик 1 работает в режиме суммирования, последовательностью, поступающей с 5 а счетчик 2 — в режиме вычитания. выхода блока 15, изменяется {умень- 12. Сумматор-вычитатель 14 работащается или увеличивается) в эависи- ет в режиме вычитания, а сумматормости от режима работы этого счетчи- вычитатель 15 — в режиме сложения имка. Режим работы счетчика 2(вычита- пульсных последовательностей. Счетние или суммирование) задается блоком о чики 1 и 2 работают в режиме вычита5. ния.
Возможны следующие Режимы Работы 13. Сумматоры-вычитатели 14 и частотно-импульсного функционального работают в режиме вычитания импульс преобразователя ных последовательностей. Счетчики
1. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 15 и 2 работают в режиме суммирования.. работают в режиме сложения импульс- 14. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 ных последовательностей. Счетчики 1 работают в режиме вычитания импульси 2 работают в режиме суммирования. ных последовательностей. Счетчик 1
2. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 работает в режиме вычитания, а счетработают в режиме сложения импульс- ур чик 2 — в режиме суммирования. ных последовательностей. Счетчик 1 15. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 аботает в режиме вычитания, а счет- работают в режиме вычитания импульсик 2 — в режиме суммирования. ных последоватечьностей. Счетчик 1
3. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 - . работает в режиме суммирования, а работают в режиме сложения импульс- 25 счетчик 2 — в режиме вычитания ° ных последовательностей. Счетчик 1 16.Сумматоры-вычитателя 14 и 15 .
Работает в режиме суммирования, а работают в режиме вычитания импульссчетчик 2 — в режиме вычитания. ных последовательностей. Счетчики 1
4. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 и 2 работают в режиме вычитания. работают в режиме сложения импульс- ЗО для облегчения понимания работы ных последовательностей. Счетчики 1 устройства разобъем режимы его рабо-: и 2 работают в режиме вычитания. — ты на четыре группы в соответствии
5. Сумматор-вычитатель 14 работает с.режимами работы сумматоров-вычитав режиме сложения, а сумматор-вычита- телей 14 и 15 сложения-вычитания имтель 15 — в режиме вычитания импульс- пульсных последовательно-"тей. Группа ных последовательностей. Счетчики 1 1 объединяет режимы 1-4, при которых и 2 работают в режиме суммирования. сумматоры-вычитатели 14 и 15 работа6. Сумматор-вычитатель 14 работа- ют в режиме сложения. Группа 2 объеет в режиме .сложения, а сумматор-вычи- диняет режимы 5-8, при которых суммататель 15 — в режиме вычитания им- тор-вычитатель 14 работает в режиме пульсных последовательностей. Счет- 4О сложения, а сумматор -вычитатель 15— чик 1 работает в режиме вычитания, а в режиме вычитания. Группа 3 объедисчетчик 2 — в режиме суммирования . няет режимы 9-12, при которйх сумма7. Сумматор-вычитатель 14 работа- тор-вычитатель 14 работает в режиме ет в режиме сложения, а сумматор-вы вычитания,а сумматор-вычитатель 15 читатель 15 — в режиме вычитания им- 45 в режиме сложения. Группа 4 объедипульсных последовательностей. Счет- няет режимы 13-16, при которых сумчик 1 работает в режиме суммирования, маторы-вычитатели 14 и 15 работают а счетчик 2 — в режиме вычитания. в режиме вычитания.
8. Сумматор-вычитатель 14 работа- Рассмотрим работу частотно-импульсет в режиме сложения, а сумматор"вы- 50 ного функционального преобразователя читатель 15 — в режиме вычитания. им- в режимах, относящихся к группе 1. пульсных последовательностей. Счет- Приращение dz импульсной послечики 1 и 2 работают в режиме вычита- = довательности z на выходе сумматорания. вычитателя 15 описывается уравнением
7, 995095
z=b g (dy+ dx,) (2) или
2=Ь +(dY+ dx ), (Э) У»ао+ аУ, (»О) Э дх - "дх, (4) или сЬ= (у-a,) (»В) (17.), получим
Интегрируя выражение (1), получаем величину текущего значения числа и в счетчике 2 где Ь вЂ” число, установленное в счет- о чик 2 перед началом преобра- 10 эования.
Знак + в,выражении (2) соот-. ветствует работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак - — в работе счетчика 2 в режиме вычитания. 15
Приращение 8х вх импульсной последовательности х в„, поступающее на вход счетчика 3, вйэывает на выходе элемента 9 приращение дхэ импульсной последовательности хЭ, описываемое уравнением г
25 где к — задаваемое блоком 5 значе3 ние коэффициента умножения двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика.
3, группы 8 и элемента 9„.
m — коэффициент пересчета счет" чиков 1 и 3.
На выходе сумматора-вычитателя .14 импульсная последовательность у описывается уравнением ау Ф. 3 к„+ К ах, () где к», ic -коэффициент деления управляемых делителей б и
7 соответственно)
dx — приращение импульсной 40 последовательности х, на выходе двоичного умножителя частоты, состоящего иэ счетчика 3, группы 10 и элемента lip 45
dx< — приращение импульсной последовательности на выходе двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика 1„ группы 12 50 и элемента 13.
Импульсные последовательности x„ и х рписываются уравнениями у ах»= — хвх, (ь)
55 где у текущее значение числа в счетчике 1, и а,= хну, (-)) .где х℠— текущее значение числа в счетчике 3.
С учетом выражений (5)- (7) фу" к —.дх + к +Y (8) х „ вх
После преобразования.получим К,, У охвх ()
m- Жд вх
Импульсная последовательность z поступает на вход 1 и формирует в нем число у, значение которого определяется иэ уравнения где ао — число, установленное в счетчике 1 перед началом преобразования, Или с учетом выражения (9)
%»Y ч=а + „дхв„(»») - о хвх
Знак + в уравнении (10) соот-. ветствует работе счетчика 1 в режиме суммирования, знак - — работе счетчика 1 в режиме вычитания.
Продифференцировав выражение. (11) и разделив переменные, получим
ЦУ + +"» а Х,х (» )
У-- --%%хвх
Проинтегрировав и подставив пределы изменения переменных, получим
У xsx
ЖУ (ex
«» +ф (»Э)
У») 1о- хвх
0 или
K "вх
Ьф У = i — (Ь (-.)(хвÄ)), (»4) откуда у» » п - хвх
0 — = — 6 («)
Oo fez Ю к
k 191 ао. m .ч
Из выражения (16) получаем величину текущего значения числа у в счетчике 1
)(» .%
У= а»- — x в„) (»1)
С учетом выражения 10
Принимая во внимание выражение
Иэ уравнений (3), (4) и (19) текущее значение числа в счетчике 2 onределяется уравнением
- о я "вх - о\, э1 вх/
995095
Следует .отметить, что для всех режимов работы преобразователя справедливы следующие соотношения: (4), описывающие работу двоичного умножи-, теля частоты,.состоящего из счетчика
3, группы 8 и элемейта 9g (6), описывающее работу двоичного умножителя чатоты, состоящего из счетчика 3, группы 10 и элемента 11у (7), описываЮщее работу двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика l.
Рассмотрим работу преобразователя в режимах, относящихся к группе 2.
Приращение dz импульсной последовательности z на выходе сумматора-внчитателя 15 описывается уравнением l5
Ъ
Интегрируя выражение (21), опреде.ляем величину текущего значения числа
? в счетчике 2 20 знак 4 - ™ — работе счетчика 1 в режиме вычитания. Решая относительно у, находим величину текущего значения числа v в счетчике 1
5 k 2 =це к х (28)
Taic как сумматор-вычитатель 15 работает в режиме сложения, то для ,О него справедливо уравнение (3). Принимая во внимание (3), (4}, (10) и ,(28), получаем текущее значение чис ла z в счетчике 2 ъо (ду- dx ) (22}
Знак + соответствует работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак - — работе счетчика 2 в ре« жиме вычитания. . В связи с тем, что сумматор-вычи татель 14 работает (как и в предыдущем случае) в режиме сложения импульсных последовательностей, справедливо . уравнение (5), а следовательно, уравнение (17), определяющее величину текущего значения числа у в счЕтчике
1, и уравнение (19).
С учетом выражений (4), (19) и (22} текущее значение числа в счетчике 2 определяется уравнением
t«
f(2
Z- о - — Xsx+ Хо 1- Хек - е
Рассмотрим работу преобразователя в режимах, относящихся к группе 3.
Импульсная последовательность на выходе сумматора-вычитателя 14 в 45 этом случае описывается уравнением 3у= „dx„-4 Вк (24)
С учетом выражений (6), (7) и (24) у sx л 50 йу= Ф с1х — 1(. Ж (25) m ех 2m
:ъ р, С-.) 3
0;„ m Вх ек1н) или (34) 55
fc y
Иквх (27)
m + кaxsx (32) 65 л, у ау „ах,„(2Ь)
m+%2хвх
Принимая во внимание уравнения (10) и (26), определяем число y, 4)ормируемое в счетчике 1 импульсной последовательностью у
Знак + соответствует работе счетчика 1 в режиме суммирования, а. л1
2=b0t — Хв + Пе 1+ — x . -4е (29) Рассмотрим работу-преобразователя в режимах, относящихся.к группе 4.
Так как сумматор-вычитатель 15 работает в режиме вычитания -импульсных последовательностей, то для него справедливо уравнение (21), иэ чего вытекает справедливость уравнения (22) ° .
В связи с тем,-что сумматор-вычитатель 14 работает .(хек и в .предыдущем Случае) в режиме вычитания импульонмх последовательностей, его работа описывается уравнением (26), а величина текущего значения числа у в счетчике 1 определяется выражением (28) .
Принимая во внимание уравнения (4), (10), (22) и (28), определяем текущее значение числа z в счетчике
%
+ — — x i a Q — х, - (30) уравнения (20), (23), (29) и (30) выведены в предположении,что количествб участков аппроксимации заданной функции указанными выражениями равно единице. . В общем случае для и участков аппроксимации уравнения (20), (23), (29) и (30) соответственно преобразуются к виду
995095
5
3 щ 6X ЬХ Н) (х
Формула изобретения и п - 1с,х 2i
) йех о.
Ь и 1 рхьх н
2 Bx )
1.=,(71хех 1 н
В формулах (31) — (34) приняты следующие обозначения: количество участков аппроксимации; — номер текущего участка аппроксимации;
К Н К21, К М 3 Качения коэффициентов
" к участке аппроксимации; хз„„„ — значение переменнойхц„ в начале i --го участка аппроксимации.
Следует отметить, что в предлагаемом преобразователе в качестве вто-„ рого счетчика Результата может служить реверсивный счетчик 1. Результат преобразования, фиксируемый этим счетчиком, описйвается .-при работе сумматора-вычитателя 14 в режимах сложения импульсных последовательностей уравнением при работе сумматора-вычитателя 14 в режимах вычитания импульсных последовательностей — уравнением
1 ,k1
Сравнительный анализ показывает, что предлагаемый преобразователь обладает. значительно большими функциональными возможностями, чем прототип, и кроме воспроизведения завии
1 симостей вида .У=а l f (® qt, соответ1=1 ствующих уравнениям (35) и (36), может воспроизводить шестнадцать нелинейных функциональных зависимостей, вид которых определяется шестнадцатью указанными режимами работы преобраэователя. В обобщенном виде эти зависимости списываются уравнениями (31) — (34). Кроме того, наличйе двух коэффициентов к и. к расширяет возможности устройства за счет более точного задания значений показателей степени (31) — (36), а это позволяет точнее воспроизводить заданные функции. Этому же способствует присутствие в формулах (31) — (34) линейного члена позволяющего влиять на кривизну воспроизводимой функции. Задав значение а =О или к„=к -О, предлагаемым пре-, образователем можно воспроизводить функции методом кусочно-линейной аппроксимации. Расширение функциональных возможностей обеспечивается также возможностью комбинирования режимов работы устройства на разных участках аппроксимации.
Частотно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий две группы импульсно-потенциальных эле.ментов И, два элемента ИЛИ, суммирующий счетчик, дешифратор, блок памяти, первый реверсивный счетчик и первый .управляемый делитель частоты, управляющие входы которого сое-. динены с первым выходом блока памяти, вход которого через дешифратор соединен с первым выходом суммирующего счетчика, второй выход последнего
40 соединен с импульсными входами элементов И первой группы и потенциальными входами элементов И второй. группы, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход
45 последнего соединен с информационным входом первого управляемого делителя частоты, второй выход блока памяти соединен с.управляющим входом первого реверсивного счетчика, а вы50 ход последнего — с импульсными входами элементов И второй группы и потенциальными входами элементов И первой группы, выходы которых соединенй с входами второго элемента ИЛИ, вход суммирующего счетчика соединен с входом аргумента преобразователя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй управляемый делитель частоты, второй реверсивный счетчик, третья группа импульсно-потенциальных элементов И, третий элемент ИЛИ . и два импульсных сумматора-вычитателя, управляющие входы которых соединены соответственно с третьим и чет65 вертым выходами блока памяти, пятый
995095
Составитель A.Çîðèí
Редактор A.Âîðîâè÷ Техред Ж.Кастелевич Корректор О.Билак
Заказ 646/34 Тираж 704 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35,Раушская наб., д.4/5
Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 и шестой выходы последнего соединены соответственно с управляющим входом второго управляющего делителя част. : ты и потенциальными входами элементов
И третьей группы, импульсные входы и выходы которых соединены соответственно с вторым выходом суммирующего счетчика и входами третьего элемента
ИЛИ, выход которого соединен с первым информацнонньм входом первого импульсного сумматора- вычитателя,. 10 второй информационный вход последнего соединен с выходом второго импульсного сумматора-вычитаталя и информационным входом первого реверсивного счетчика, седьмой выход блока памяти соединен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен с выхо- дом первого импульсного сумматоравычитателя, первый и второй информационные входы второго импульсного сумматора-вычитателя соединены с выходами соответствующих управляемых делителей частоты.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 543945, кл. G 01 F 15/31, 1976 °
2. Авторское свидетельство СССР
М 674008, кл. G 06 F 15/31, 1978 (прототип).
