Преобразователь код-ШИМ Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в цифровых системах управления электроприводами промьдаленных роботов, станков с числовь1М программным управлением и др.

Известен преобразователь код-ИИМ, содержащий генератор, импульсов, первый вход которого соединен с шиной Пуск , а первый выход - с первым входом счетчика, регистр на D-триггерах, выход знакового разряда которого подключен к входу элемента НЕ и к первому входу первого элемента И, выход элемента НЕ соединен с первым входом второго элемента И, и D-триггер l .

Однако это устройство характеризуется низкой надежностью и не позволяет регулировать крутизну статической характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь код-ШИМ, содержащий генератор импульсов, первый вход которого соединен с шиной Пуск, а первый выход - с первым входом счетчика, регистр, первые входы которого подключены к соответствующим входным шинам, первые выходы - к соответствующим первым входам блока сравнения, а второй выход - к первому входу первого элемента Ник входу элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходуБ -триггера, и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с первой выходной шиной, а выход второго элемента И подключен к второй выходной шине, элемент И-ИЛИ 2, причем первый вход генератора импульсов соединен соответственно с вторым входом счетчика, с С-входами регистра и первым входом элемента И-ИЛИ 2, выход которого подключен к С-входу D-триггера,)-вход которого соединен с первым выходом блока сравнения, второй выход которого подключен к второму входу элемента и-ИЛИ 2, третьи входы которого соединены с вторым выходом генератора импульсов, второй вход которого соединен с выходом D-триггера и с вторыми входами первого и второго элементов И, а выходы счетчика и регистра подключены к соответствующим входам блока сравнения,

В этом преобразователе входной сигнал регистра представляется в виде параллельного кода, содержащего один знаковый разряд, а в остальных разрядах хранится модуль числа в прямом коде 2j .

Однако в микропроцессорных системах автоматического управления и регулирования, в отличии от традиционных систем, для представления отрицательных чисел используются дополнительные коды. Поэтому применение известных устройств код-ЧйИМ требует специальных преобразователей кодов, что усложняет систему в целом,

Кроме того в системах управления часто требуется подстройка коэффициента усиления. При использов нии известного преобразователя эта .операция должна выполняться предыдущим каскадами. Однако в ряде случаев, например, при управлении, группой однотипных объектов (электроприводами нескольких степеней подвижност промышленного робота от одного микропроцессора) по одному и тому же алгоритму, коррекция параметров алгоритма применительно к конкретному объекту принципиально невозможна.

Таким образом, недостатками известного преобразователя являются: отсутствие возможности регулирования крутизны статической характеристики, а также преобразование входно информации, представленной только в прямом коде.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь код-ШИМ, содержащий генератор импульсов, первый вход которого соединен с шиПуск

ной

а выход - с первым

входом счетчика импульсов, первый регистр, первые входы которого подключены к соответствующим входным шинам, первые выходы - к соответствующим первым входам блока сравне0 НИН, а второй выход - к первому входу первого элемента И и к входу элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу)-триггера и к второму входу

первого элемента Н выход которого соединен с первой выходной шиной, а выход второго элементу И подключен к второй выходной шине, введены второй регистр, первые входы которого подключены к соответствукндим дополнительным входным шинс1М, реверсивньгй счетчик, третий и четвертый элементы И, первый я второй элементы ИЛИ, блок задержки и блок начального сброса, выход которого соединен с вторым входом генератора импульсов и первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к R-входу D-триггера, а второй вход - к выходу блока сравнения, вторые входы которого соответственно подключены к выходам реверсивного счетчика, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соответственно подкл чены к второму выходу первого регистра и выходу элемента НЕ, а вто рые входы объединены и соединены с первым входом счетчика импульсов второй вход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика и к выходу блока задержки, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к шине Пуск а второй вход - к выходу счетчика импульсов, третьи входы которого с динены с соответствующими выходами второго регистра, вторые входы которого объединены и подключены к вторым входам первого регистра и входу блока задержки, выход которо го соединен с С-входомD-триггера D-вход которого подключен к третьем входу генератора импульсов и шинеразрешающего уровня. Генератор импульсов выполнен на О-триггере и эталонном генераторе импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к выходу генера тора импульсов, а второй вход - к выходуD-триггера, С-,R - иD-входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам генератора импульсов. На фиг. 1 представлена структур ная электрическая схема предлагаемого преобразователя код-ШИМ; на фиг. 2 - временные диаграммы, .пояс няющие работу преобразователя; на фиг. 3 - один из возможных вариантов выполнения блока начального сброса. Преобразователь содерижт генератор 1 импульсов, счетчик 2 импульсо первый регистр 3 наЭ-триггерах, элемент НЕ 4, первый и второй элементы И 5 и б,В -триггер 7, блок 8 сравнения, блок 9 начального сброса второй регистр 10 наD-триггерах, реверсивный счетчик 11, третий и че вертый элементы И 12 и 13, блок 14 задержки, первый и йторой элементы ИЛИ 15 и 16. Первый вход генератора 1 импульсов соединен с шиной Пуск, а вы ход - с Первым входом счетчика 2 и вторыми входами третьего 12 и четвертого 13 элементов И. Кодовые вхо ды первого 3 и второго 10 регистров подключены к соответствующим кодовь шинам, выходы первого регистра 3 и выходы реверсивного счетчика 11 подключены к соответствующим входёим блока 8 сравнения. Выход знакового разряда первого регистра 3 подключен к входу элемента НЕ 4 к первом входу третьего элемента И 12 и к пе вому входу первого элемента И 5, , вЕОХод элемента НЕ 4 соединен с первым входом второго элемента И б и первым входом четвертого элемента И 13. Вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу D-триггера. Выход блока 9 начального сброса соединен с вторым входом ген ратора 1 импульсов И через первый элемент ИЛИ 15 - с R -входомD -триггера 7, второй вход первого элемента ИЛИ 15 подключен к выходу блока 8 сравнения. Первый и второй входы реверсив ного счетчика 11 подключены соответственно к выходам третьего 12 и четвертого 13 элементов И. Первый и второй входаа второго элемента ИЛИ 16 соединены соответственно с выходом счетчика 2 и шиной Пуск , а выход - с С-входами первого 3 и второго 10 регистров и через блок 14 эадержки с вторым входом счетчика 2, третьим входом реверсивного счетчика 11 и с входомD-триггера 7. На D-вход D-триггера 7 подан разрешающий потенциал. Генератор 1 импульсов содержит эталонный генератор 17 иD-триггер 18 выход генератора 17 через элемент. И 19 подключен к выходу, первый и второй входы генератора 1 импульсов подключены соответственно к С и R-входам D-триггера 18, а на D-вход D-триггера 18 подан разрешающий уровень. Второй вход элемента И 19 соединен с выходомD-триггера 18. Блок 9 начального сброса управляет начальной установкой Т)-триггера 7 и генератора 1 импульсов при включении напряжения питания и по сигнал.ам оператора. Первый регистр 3 хранит код модулируемого сигна,ла f . Второй регистр 10 хранит код числа А gx, определяющего крутизну статической характеристики. Элемент НЕ 4 совместно с третьим 12 и четвертым 13 элементами И в , зависимости от знакового разряда кода на выходе регистра 3 управляют подачей импульсов от генератора J на суммирующий (второй) либо вычитающий (первый) вход реверсивного счетчика 11. Счетчик 2 совместно с вторым элементом ИЛИ 16 и блоком 14 задержки управляют работойD -триггера 7 и формируют импульсы для сброса реверсивного счетчика 11 и импульсы записи в первый и второй регистры 3 и 10.- Элемент НЕ 4 совместно с первым и вторьлм элементами И 5 и 6 в з.ависимости от знакового раз ряда на выходе первого регистра 3 разрешают прохождение сигнала с выхода D-триггера 7 на первый либо второй выхода) преобразователя. Блок 8 сравнения фиксирует момент совпадения входных кодов.D-триггер 7 выполнен по схеме с приоритетом по входу R , при этом исключается неопределенное состояние триггера.

HaD -вход D-триггера 7 подан разрешающий потенциал. Сигнал Пуск (одиночный короткий импульс) используется для запуска преобразователя код-ШИМ и формируется оператором либо функциональными элементами системы, в которой используется преобразователь.

Устройство работает следующим образом.

При включении напряжения питания блок 9 начального сброса формирует короткий импульс, который через первый элемент ИЛИ 15 устанавливает Б-триггер 7 в нулевое состояние. Одновременно этот импульс поступает на второй вход генератора 1 импульсов и устанавливает)-триггер 18 в нулевое состояние. Таким образом, нулевой сигнал с выхода D -триггера 18 не разрешает проход частоты эталонного генератора 17 череЭ элемент И 19 на выход -генератора 1 импульсов.

На входы первого регистра 3 подается дополнительный код модулируемого сигнала , при этом старший разряд знаковый. Знак -кодируется 1, знак + кодируется JО. На входы второго регистра 10 подается код числа Ада, определяющего крутизну статической характеристики преобразователя, которая выражается коэффициентом 1 IT- /€/ , где t - длительность выходного импульса; Т - период следования импульсов; /€( - модуль входного кода.

При подаче сигнала Пуск импульс с соответствующей шины поступает на первый вход (С-вход) второго) -триггера 18 и по переднему фронту устанавливает его в состояние , разрешая тем caivjM прохождение импульсов с выхода эталонного генератора 17 через элемент И 19 на выход генератора 1 импульсо Период следования импульсов от генератора TO, длительность импульса t 0,5 TO.

По переднему фронту импульса с выходе элемента, ИЛИ 16 происходит запись информс ции в первый и второй регистры. Этот же импульс с задержкой Т, определяемой блоком 14 задержки, поступает на третий вхрд (сброс в ноль) реверсивного счетчика 11 и второй вход (запис.ь информации) счетчика 2.

Таким образом, в счетчик 2 записывается код А ex и одновременно первый Б -триггер 7 устанавливается в

состояние 1

Число пар инверторов в блоке 14 задержки выбирается из условия, чтобы к моменту поступления импульса записи на второй вход счетчика 2 .в регистре 10 произсмила запись входного кода Agx- На

фиг. 2 приведены вроленные циаграммы поясняющие принцип работы преобразователя код-ИИМ, где а - входной код, f - положительный, S - входной код € - отрицательный.

5 . Рассмотрим случай О. Поскольку в знаковом разряде регистра 3 записан О, то импульсы от генератора 1 импульсов поступают на второй (суммирующий) вход реверсивноO го счетчика 11, выходной код которого сравнивается в блоке 8 сравнения с кодом . В момент совпадения этих кодов на выходе блока 8 сравнения появится импульс длительностью Тд, i

5 сдвинутый по фазе /относительно соответствующих импульсов на выходе второго элемента ИЛИ 16). .

Одновременно импульсы с выхода генератора 1 импульсов поступают на

Q первый вход счетчика 2, на выходе которого появляется код линейно нарастающего сигнала (фиг. 2q). Разрядность счетчика 2 выбирается больше разрядности реверсивного счет5 чика 11 и входного кода Б . После заполнения счетчика 2 на его выходе появляется импульс переноса длительностью Сд , который через элемент ИЛИ 16 и блок 14 задержки устанав ливаетD-триггер 7 в состояние , а также управляет записью в регистры и установкой счетчиков.

На фиг. 2а приведены два случая: первый А gj(- 6 (штриховые линии) , второй Agx А (сплошные линии) . Измене5 нием кода Ag можно регулировать период следования импульсов Т±То (2 -Agx)f где fn - число разрядов счетчика 2. Появление второго импульса на выходе блока 8 сравнения в одном

0 и том же периоде не изменит нулевого состояния)-триггера 7.

Сигнал с выхода) -триггера 7 через второй элемент И 6 поступает на второй выход преобразователя. 5 Если входной код регистра 3 отрицательный (фиг. 2S), знаковый раз(Ряд равен , схема работает аналогично, но с той лишь разницей, что импульсы от генератора 1 импульсов

Q поступают через третий элемент И 12 .на первый (вычитаиощий) вход реверсивного счетчика 11, а выходной сигнал снимается с выхода первого эле. мента И 5. В примере, приведенном

на фиг. 2, входной кодfпредставлен

в виде четырехразрядного кода, старший разряд которого - знаковый.

В остальнс работа преобразователя остается такой же, как и в случае положительного кода Е.

0 На последующих периодах преобразователь работает анашогично

При необходимости остановить работу модулятора замыкается ключ в блоке 9 начального сброса, при этом

5 -на его выходе формируется импульс.

устанавливающий в нульD -триггеры 7 и 1в, а на выходах преобразователя появляются нулевые сигналы, которые сохраняются сколь угодно долго. Повторный запуск преобразователя возможен лишь по сигналу Пуск.

Из приведенных временных диаграмм видно, что скважность импульсов определяется соотношением о t ()() . Поэтому крутизна статической характеристики преобразователя k (2 -Agx)легко регулируется путем изменения кода , (величина К° показывает, какая скважность соответствует коду 6г0....01).

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовать в пшротно-импульсный модулированный сигнал числа, представленные в дополнительном коде, а также регулировать крутизну статической характеристики, Применение этого преобразователя в цифровых системах управления степенями подвижности промышленных роботов существенно упрощает настройку системы и позволяет использовать одно микропроцессорное устройство для управления различными степенями подаижиости одного и того

0 же робота, что в конечном итоге ведет к уменьшению массогабаритных и стоимостных показателей системы в целом. Кроме того, с помощью таких преобразователей могут быть постро5ены высококачественные цифровые адаптивные системы, в которых коэффициент усиления целенаправлено изменяется в процессе управления.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДЧЙИМ, содержащий генератор импульсов, первый вход которого соединен с шип ной Пуск f а выход - с первым входом счетчика импульсов, первый регистр, первые входы которого подключены к соответствующим входным шинг1М, первые выходы - к соответствующим первым входам блока сравнения, а второй выход - к первому входу первого элемента И и к входу элемента НЕ, выход которогосоединен с первым входом второго .элемента И, второй вход которого подключен к выходуD -триггера и к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с первой выходной шиной, а выход второго элемента И подключен к второй выходной шине, отличающийся тем, что, с . целью расширения функционёшьных возможностей преобразователя, в не го введены второй регистр, первые входы которого подключены к соответствующим дополнител1 ным входным шинам, реверсивный счетчик, третий и четвертый элементы И, п ервый и второй элементы ИЛИ, блок задержки и блок начального сброса, выход которого соединен с вторым входом генератора импульсов и первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к R -входу Р-триггера, а второй вход - к выходу блока сравнения, вторые входы которого соответственно подключены к выходам реверсивного счетчика, первый и второй входы которого соответственно соединены с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соответственно подключены к второму выходу первого регистра и выходу элемента НЕ, а вторые входы объединены и соединены с первым входом счетчика импульсов, второй i вход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика и к (Л выходу блока задержки, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к шине Пуск а второй вход - к выходу счетчика импульсов, третьи входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра, вторые входы которого объединены и подключены к вторым вхо- О дам первого регистра и входу блока й задержки, выход которого соединен с С-входомБ-триггера,Б -вход которо4 го подключен к третьему входу ге:л нератора импульсов и шине разрешаюэо щего уровня. 2. Преобразователь по п.1, о тличающийся тем, что генератор импульсов выполнен на D-триггере и эталонном генераторе импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход - к выходу 0-триггера,С -,R - иБ -входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему входам генератора импульсов.