ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Российский патент 2006 года по МПК H03M1/64 H03M1/24 

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к преобразователям угла поворота вала в код, и может быть использовано в системах обработки данных.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный трансформаторный датчик, селектор октантов, суммирующие масштабные усилители, линейные множительные устройства, суммирующий блок, масштабные устройства, компаратор, регистр и блок управления (см. а.с. СССР №416717, кл. G 08 C 9/00, 1972 г.).

Недостатком преобразователя является его сложность, низкое быстродействие и отсутствие автономного контроля в процессе работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь угла поворота вала в код, принятый за прототип и содержащий (см. а.с. СССР №691909, кл. G 08 C 9/00, 1977 г.) синусно-косинусный датчик угла, первый и второй выходы которого подключены соответственно к аналоговым входам первого и второго блоков умножения, цифровые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока синусно-косинусного преобразования кода, а выходы - подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к входу блока преобразования амплитуды напряжения в последовательный код и к одному из входов компаратора, другой вход которого подключен к шине нулевого потенциала преобразователя, а выход - подключен к одному из входов реверсивного счетчика, другой вход которого подключен к выходу блока преобразования амплитуды напряжения в последовательный код, а выходы - подключены к входам блока синусно-косинусного преобразования кода и одновременно являются информационными выходами преобразователя.

Недостатком известного преобразователя является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью проведения нескольких циклов преобразования, а также отсутствие автономного контроля в процессе работы.

Цель изобретения - повышение быстродействия и глубины контроля преобразователя в процессе работы.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, первый и второй выходы которого подключены соответственно к аналоговым входам первого и второго блоков умножения, цифровые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока синусно-косинусного преобразования кода, а выходы - подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к одному из входов компаратора, другой вход которого подключен к шине нулевого потенциала преобразователя, введены генератор тактовых импульсов, регистр последовательных приближений, второй и третий компараторы, источник порогового напряжения, элемент И, D-триггер и пороговый блок, вход которого является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя, а выход - подключен к входу запуска регистра последовательных приближений, синхровход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, информационный вход - подключен к выходу первого компаратора, выход "конец преобразования" - подключен к входу записи D-триггера, а информационные выходы - подключены к входам блока синусно-косинусного преобразования кода и одновременно являются информационными выходами преобразователя, парафазные входы второго и третьего компараторов объединены и подключены соответственно к выходу блока вычитания и к выходу источника порогового напряжения, а выходы - подключены к входам элемента И, выход которого подключен к информационному входу D-триггера, выход которого является выходом исправности преобразователя.

Структурная схема преобразователя угла поворота вала в код приведена на чертеже.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит синусно-косинусный датчик угла 1, первый 2 и второй 3 блоки умножения, блок 4 вычитания, первый 5, второй 9 и третий 10 компараторы, блок 6 синусно-косинусного преобразования кода, генератор 7 тактовых импульсов, регистр 8 последовательных приближений, источник 11 порогового напряжения, элемент И 12, D-триггер 13 и пороговый блок 14.

Первый и второй выходы синусно-косинусного датчика угла 1 соединены соответственно с аналоговыми входами первого 2 и второго 3 блоков умножения, выходы первого 2 и второго 3 блоков умножения соединены с входами блока 4 вычитания, выход блока 4 вычитания соединен с первыми входами первого 5 и второго 9 компараторов и вторым входом третьего 10 компаратора, второй вход первого 5 компаратора соединен с шиной нулевого потенциала преобразователя, выход первого 5 компаратора соединен с информационным входом регистра 8 последовательных приближений, выход генератора 7 тактовых импульсов соединен с синхровходом регистра 8 последовательных приближений, вход порогового блока 14 является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя, выход порогового блока 14 соединен с входом запуска регистра 8 последовательных приближений, выход "конец преобразования" регистра 8 последовательных приближений соединен с входом записи D-триггера 13, информационные выходы регистра 8 последовательных приближений соединены с входами блока 6 синусно-косинусного преобразования кода и одновременно являются информационными выходами преобразователя, первый и второй выходы блока 6 синусно-косинусного преобразования кода соединены соответственно с цифровыми входами первого 2 и второго 3 блоков умножения, выход источника 11 порогового напряжения соединен с вторым входом второго 9 компаратора и первым входом третьего 10 компаратора, выходы первого 9 и третьего 10 компаратора соединены с входами элемента И 12, выход элемента И 12 соединен с информационным входом D-триггера 13, выход D-триггера 13 является выходом исправности преобразователя.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

При повороте вала синусно-косинусного датчика угла 1 на некоторый угол αi в его выходных обмотках вырабатываются напряжения, амплитуда которых пропорциональна sinαi и cosαi угла поворота вала. По сигналу переменного опорного напряжения ˜U_оп пороговый блок 14 вырабатывает последовательность импульсов длительностью, равной его полупериоду, которые являются сигналом запуска регистра 8 последовательных приближений, на синхровход которого поступают тактовые импульсы от генератора 7 тактовых импульсов. Преобразование выполняется путем поразрядного уравновешивания при последовательном переключении разрядов регистра 8 последовательных приближений, начиная со старшего разряда, информационные выходы которого подключены к входам блока 6 синусно-косинусного преобразования кода, который в каждом такте преобразования вырабатывает на первом и втором выходах цифровые коды, соответствующие косинусу (N₁=cosN) и синусу (N₂=sinN) угла. Первый 2 и второй 3 блоки умножения осуществляют операцию умножения соответствующих напряжений, пропорциональных Usinαi и Ucosαi, приложенных к их аналоговым входам, на коды N₁=cosN и N₂=sinN соответственно, приложенных к их цифровым входам. Напряжения с выходов первого 2 и второго 3 блоков умножения поступают на блок 4 вычитания, на выходе которого получаем:

U_sinαi×N₁-U_cosαi×N₂=ΔU (1)

где: N₁ и N₂ - выходные коды блока 6 синусно-косинусного преобразования кода, причем N₁=cosN и N₂=sinN, где N - код регистра 8 последовательных приближений в каждом такте преобразования.

Напряжение с выхода блока 4 вычитания поступает на первый вход первого компаратора 5, второй вход которого подключен к шине нулевого потенциала преобразователя. Результат сравнения с выхода первого 5 компаратора в каждом такте преобразования поступает на информационный вход регистра 8 последовательных приближений, на выходе которого в последнем такте преобразования каждого из циклов будет сформирован код, пропорциональный углу поворота вала синусно-косинусного датчика угла 1.

Одновременно напряжение с выхода блока 4 вычитания поступает на инвертирующий вход второго 9 компаратора и неинвертирующий вход третьего 10 компаратора, на другие входы которых поступает пороговое напряжение U_пор от источника 11 порогового напряжения, причем его величина выбирается из необходимых требований контролирования точности работы преобразователя. Таким образом, если напряжение ΔU на выходе блока 4 вычитания в последнем такте преобразования меньше значения порогового напряжения U_пор с выхода источника 11 порогового напряжения, т.е.:

ΔU</U_пор/ (2),

на выходах второго 9 и третьего 10 компараторов, а соответственно, и на выходе элемента И 12 будет присутствовать напряжение, соответствующее уровню "лог.0", которое по сигналу "конец преобразования" регистра 8 последовательных приближений, записывается в D-триггер 13 и свидетельствует об исправной работе преобразователя.

А если напряжение ΔU на выходе блока 4 вычитания в последнем такте преобразования больше значения порогового напряжения U_пор с выхода источника 11 порогового напряжения, т.е.:

ΔU>/U_пор/, (3)

что может быть вызвано отказами элементов или их завышенными смещениями нулевого уровня и дрейфов в трактах преобразования, на выходах второго 9 и третьего 10 компараторов, а соответственно, и на выходе элемента И 12 будет присутствовать напряжение, соответствующее уровню "лог.1", которое по сигналу "конец преобразования" регистра 8 последовательных приближений записывается в D-триггер 13 и свидетельствует об неисправной работе/отказе преобразователя.

Таким образом, введение в преобразователь угла поворота вала в код генератора тактовых импульсов, регистра последовательных приближений, источника порогового напряжения, второго и третьего компараторов, элемента И, D-триггера и порогового блока позволяет повысить быстродействие преобразователя и глубину его контроля в рабочем режиме.

Устройство относится к области вычислительной техники и может быть использовано в автоматике и информационно-измерительной технике. Техническим результатом является повышение быстродействия и глубины контроля преобразователя в процессе работы. Устройство содержит синусно-косинусный датчик угла, первый и второй блоки умножения, блок вычитания, три компаратора, блок синусно-косинусного преобразования кода, генератор тактовых импульсов, регистр последовательных приближений, источник порогового напряжения, элемент И, D-триггер и пороговый блок. 1 ил.

Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный датчик угла, первый и второй выходы которого подключены соответственно к аналоговым входам первого и второго блоков умножения, цифровые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам блока синусно-косинусного преобразования кода, а выходы подключены ко входам блока вычитания, выход которого подключен к одному из входов компаратора, другой вход которого подключен к шине нулевого потенциала преобразователя, отличающийся тем, что в него введены генератор тактовых импульсов, регистр последовательных приближений, второй и третий компараторы, источник порогового напряжения, элемент И, D-триггер и пороговый блок, вход которого является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя, а выход подключен к входу запуска регистра последовательных приближений, синхровход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, информационный вход подключен к выходу первого компаратора, выход «конец преобразования» подключен к входу записи D-триггера, а информационные выходы подключены к входам блока синусно-косинусного преобразования кода и одновременно являются информационными выходами преобразователя, парафазные входы второго и третьего компараторов объединены и подключены соответственно к выходу блока вычитания и к выходу источника порогового напряжения, а выходы подключены к входам элемента И, выход которого подключен к информационному входу D-триггера, выход которого является выходом исправности преобразователя.