Обратимый преобразователь координат Советский патент 1983 года по МПК G06G7/22 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для преобразования.прямоугольных координат в полярные и обратно. Известен обратимый преобразователь координат, содержащий селектор квадрантов, ключи, синусный и косинусный преобразователи, сумматор, регистры и компаратор, выходы которы подключены к соответствующим входам управляющего блока L1 J Этому преобразователю присуща методическая погрешность выполнения математических операций. Г. - . Наиболее близким по технической сущности и по выполняемым функциям к предлагаемому устройству являетсй обратимый преобразователь координат который содержит ячейки выборки-хран

ния, подключенные через инверторы и непосредственно к цифроаналоговым преобразователям, осуществляющим синусное и косинусное преобразование их выходы соединены с входами сумматоров, компаратор подключенный к выходу сумматора .управляющий блок, регистр младших разрядов, селектор квадрантов, регистр старших разрядов аналоговые ключи, шину задания угла 2 .. .

Известный преобразователь характеризуется недостаточной точностью преобразования и сложностью выполнения, что ограничивает возможности его практического использования. Ошибки.преобразования определяются погрешностью дискретизации, неидеальностью ключей, нестабильностью аналоговых узлов устройства, погрешностью косинусных и синусных цифроаналогвоых преобразователей. В преобразователе косинусные и,синусные преобразователи выполнены в виде цифровых управляемых сопротивлений и представляют собой цепочку весовых резисторов определенных номиналов, снабженных шунтирующими ключами. В каждом рабочем такте разомкнут какойлибо один ключ, все остальные замкнуты. Номиналы весовых резисторов в преобразователях должны быть высокоточными, причем сопротивление резистора старшего разряда отличается от сопротивления резистора младшего разряда в сотни раз, при этом необхо димо учитывать влияние сопротивления шунтирующих ключей в замкнутом и разомкнутом состоянии. Таким образом.

тора, выход которого соединен с входом компаратора, входы задания первой и второй ортогональных координат преобразователя соединены с соответствующими входами селектора квадрантов, и регистр старших разрядов, первый и второй входы которого подключены к входу задания кода угла преобразователя и к соответствюущим выходам селектора квадрантов, содержит гене-ратор импульсов, счетчик, дешифратор, блок инвертирования кода, два блока памяти и два коммутатора кодов, при этом вход задания первой ортогональной координаты преобразователя соединен аналоговыми входами первого и четвертого цифроаналоговых преобразователей, вход задания второй ортогональной координаты преобразователя соединен с аналоговыми входами второго и третьего цифроаналоговых преоразователей первый вь1ход дешифратора соединен со знаковыми входами первого и третьего цифроаналоговых преобразователей,

, второй выход дешифратора соединен со знаковыми входами второго и четвертого цифроаналоговых преобразователей, запускающий вход генератора импульсов подключен к шине пуска преобразователя, управляющий вход - к выходу компаратора, выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика, кодовый вход которого соединен с входом задания кода угла преобразователя, выход счетчика соединен с входом первого блока памяти и через инвертирования кода - с входом второг;о блока памяти, выходы первого и второго ёлоков памяти через первый коммуреализация преобразователей является весьма сложной технической задачей. Далее, наличие двух схем выборкихранения, двух инвертирующих усилителей, 15 аналоговых ключей блока управления ключами вносит дополнительные погрешности в процесс преобразования, приводит к нестабильности при работе в различных эксплуатационных условиях и делает известный преобразователь весьма сложным и громоздким. Цель изобретения - упрощение и повышение точности. Цель достигается тем, что обрати tt lй преобразователь координат, содержащий четыре цифроаналоговых преобразователя, выходы первого и второго из которых соединены с входами первого сумматора, а выходы третьего и четвертого - с входами второго сумма3татор кодов соединены с кодовыми вхо дами первого и третьего цифроаналого вых преобразователей, а через второй коммутатор кодов - с кодовыми входами второго и четвертого цифроан логовых преобразователей, управляющие входы коммутаторов кодов соедине ны с одним из выходов регистра старших разрядов. На чертеже представлена структурн схема обратимого преобразователя коо динат. Обратимый преобразователь координат содержит селектор квадрантов 1, цифроаналоговые преобразователи ( ЦАП 2 - 5 сумматоры 6 и 7, компаратор 8, регистр 9 старших разрядов, дешиф ратор 10, генератор импульсоэ 11, счетчик 12, блок 13 инвертирования кодов, блоки памяти 1A и 15, коммута торы кодов 16 и 17. вход задания кода угла 18, шину пуска 19, входы 20 и 21 задания ортогональных координат. Каждый из ЦАП 2-5 представляет собой линейный четырехквадрантный преобразователь код-напряжение (ПКН) .обеспечивающий цифроаналоговое умножение напряжения , поступающего на ег аналоговый вход, на цифровой код, действующий на его цифровых входах. Структура таких ПКН выпускается серийно в виде монолитных интегральных микросхем, например, серии 572 ПА, 1108 ПА. Блок 13 инвертирования кода содер жит(И-2). независимых элемента НЕ, количество которых определяется разрядностью счетчика 12. Блоки памяти И и 15 представляют собой идентичные постоянные запомина щие устройства (ПЗУ), в каждой разрядной ячейке которого хранится зна17чение синуса адреса этой ячейки от О до 1, причем дискретность по. углу определяется разрядностью адреса ПЗУ, а точность определения синуса - выходной разрядностью ПЗУ. Обратимый преобразователь координат работает следующим образом. В режиме преобразования прямоугольных координат в полярные на входы 20 и 21 преобразователя поступают напряжения и у и (J:, моделирующие в некотором масштабе координаты X и У вектора.. Преобразование осуществляется путем реализации уравнений векторного вращения U -UxCOS&+U,Slne, () Jv UvCose-Ux iMe, (а) где их ,иу- новые значения координат вращаемого вектора , (is-i)1; ) - номер квадранта, 0.0 нормализованный аргумент аектора. Для нахождения аргумента и модуля вектора организуется дискретный поворот вектора в направлении одной из координатных осей до теХ пор, пока одна из проекций вектора не стаиет равной нулю. В это время другая проекция вектора соответствует модулю вектора. Селектор квадрантов 1 по знакам проекций определяет значения двух старших разрядов рц ,p)i , которые записываются в регистр 9, дешифрируются дешифратором 10 и в виде управляющих напряжений знаков синуса и косинуса поступают на знаковые входы ЦАП 2-5. Причем работа указанных блоков представлена в следующей таблице истинности.

1 2

+ +

k

О О 1 Блок памяти И преобразует-код угла младших разрядов, поступающих со сметчика 12 и изменяющийся в пределах от О до 72, в код синуса это угла. На вход блока памяти 15 .через блок 13 поступает обратный код угла Блок памяти 15 с точностью до младшего разряда преобразует этот код в код синуса дополнительного угла, поэ тому на выходе блока памяти 15 форми руется код косинуса угла, заданного кодом с регистра-счетчика 12. Коды синуса и косинуса с выходов блоков памяти Ни 15 поступают навходы коммутаторов 16 и 17. Управление коммутаторами 16 и 17 осуществляется с выхода младшего разряда а. ре гистра 9 таким образом, что в нечетных квадрантах на выход коммутато ра 16 поступает код синуса, а на выход коммутатора 17 код косинуса, в четных квадрантах на выход коммутатора 17 поступает код косинуса а на выход коммутатора 17 код синуса. ЦАП 2, 3 и сумматор 6 обеспечивают реализацию уравнения (1), а ЦАП Л 5 и сумматор 7 - реализацию уравнени (.2) . Причем по знаку проекций Uy , Uy предлагаемая структура преобразовате координат обеспечивает начальный по ворот вектора в первый квадрант. Таким образом, в исходном состоянии после передачи на входы обратимого преобразователя координат напря жений DX, Uy на выходе регистра 9 формируются значения двух старших разрядов кода угла вектора, на выходах дешифратора 10 - сигналы управ ления знаковыми разрядами ЦАП 2-5 обеспечивающие поворот вектора в.первый квадрант, а на выходах сумматоров 6 и 8 .- напряжения положительной полярности, величина которых определяется кодом, поступающим с регистра счетчика 12. По сигналу Пуск генератор 11 начинает вырабатывать импульсы, каждый из которых изменяет содержимое регистра-счетиика 12 на единицу, при этом осуществляется последовательный поворот вектора с дискретностью младшего разряда в пределах первого квадранта до тех пор, пока напряжение на выходе сумматора 7 не станет равным нулю. В этот момент срабатывает компаратор 8, формирующий импульс конца цикла преобразования, который запрещает генерацию импульсов генератором 11. В регистресчетчике 12 фиксируется код, который совместно с кодом старших разрядов f и f) образует код угла вектора , при этом на выходе сумматора 6 фиксируется напряжение, пропорциональное модулю вектора U( . В режиме преобразования полярных координат в прямоугольные на входы преобразователя подается постоянное напряжение U(, моделирующее модуль вектора, а по входу задания угла 18 в регистр 9 и счетчик 12 записывается yi -разрядный код угла в, пред-, ставляющий аргумент вектора R. Младшие разряды кода угла 0 преобразуются блоками памяти 1+, 15 в коды синуса и косинуса этого угла и через коммутаторы кодов 16, 17 поступают на цифровые входы ЦАП 2-5, которые осуществляют цифроаналоговое перемножение этих кодов на напряжение U) с учетом знака в зависимости от состояния дешифратора знака-10. Зна.чение проекции U)( ±.ORcoS(9 может быть снято с выходов ЦАП 2 или ЦАП 4, значение проекции Оу - t(jR5iM& с выходов ЦАП 3 или ЦАП 5, причем полярность выходных напряжений определяется старшими разрядами угла б, записанными в регистре 3. Предлагаемый обратимый преобразователь координат обеспечивает кодирование угловых положений синуснокосинусных датчиков информации. Кроме того, предлаагемый преобразователь может работать в режиме генератора квадратурных гармонических колебаний. Такие генераторы находят широкое применение в преобразователях код-фаза, фаза-код, в генераторах круговых и спиральных разверток, в устройствах отображения окружностей и дуг, и т.д. В этом режиме на входы 20, 21 преобразователя подается постоянное напряжение UR, а на вход задания угла 18 поступает линейно-изменяющийсяh -разрядный код. Обратимый преобразователь координат обеспечивает высокую точность преобразования координат, определяемую разрядностью ПКН и блоков памяти, которая при использовании современных серийно выпускаемых узлов соответственно может быть получена для ПКН-12 разрядов, для блоков па7103мяти-16 разрядов, высокую надежность и стабильность работы в различных эксплуатационных условиях за счет исключения аналоговых блоков, таких как схемы выбьрки-хранения, инвертирующие усилители, аналоговые ключи, значительное упрощение устройства за счет исключения прецизионных цифро20Пцск & 15

Л 17 управляемых сопротивлений, требующих индивидуальной постройки, ряда аналоговых блоков и сложного устройства управления, при этом предлагаемый преобразователь может быть полностью выполнен на стандартных интегральных микросхемах и не требует настройки. 13 7