Устройство для преобразования координат Советский патент 1984 года по МПК G06G7/22 

третьего операционного усилителя, выход которого через четвертый дополнительный масштабный резистор соединен с аналоговым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, вБкод четвертого инвертора соединен через пятый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а через шестой и седьмой - с неинвертирующим и с инвертирующим входами четвертого операционного усилителя, выход которого соединен через восьмой ;Дополнительнь1й масштабный резистор с аналоговым входом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого сумматора через девятый и десятый дополнительные масштабные резисторы соединен соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, выход

о

второго су тматора через одиннадцатый и двенадцатый дополнительные масштабные резисторы соединены соответс-твенно с инвертирующим и с неинвертирующим входами четвертого операцион-него усилителя, неинвертирующие входы .третьего и четвертого операционных усилителей соединены с шиной нулевого потенциала через соответствующие ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующим разрядом шины задания кода угла поворота.

УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ, содержащее аналоговый мультиплексор, соответствующие информационные входы которого соединены с первым аналоговым входом устройства непосредственно и через первый инвертор и со вторым аналоговым входом устройства непосредственно и через второй инвертор, два управляющих входа аналогового мультиплексора соединены с двумя старшими разрядами с шины задания кода угла поворота, остальные разряды которой соединены с кодовыми входами первого и вторс5го умножающих цифро-аналоговых преобразователей, первый и второй выходы аналогового мультиплексора соединены с неинвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включен резистор обратной связи, выходы первого операционного усилителя и первого сумматора через первый и второй масштабные резисторы соответственно соединены с аналоговым входом первого умножающего цифроаналогового преобразователя, выходы второго операционного усилителя и второго сумматора через третий и четвертый масштабные резисторы соединены с аналоговым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого операционного усилителя через пятый масштабный резистор соединен с первым выходом второго умножающего, цифро-аналогового преобразователя и с неинвертирующим входом первого сумматора, выход второго операционного уси,пителя через шестой масштабный резистор соединен с первым выходом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя и с неинвертирующим входом второго сумматора, вторые выходы первого и (Л второго умножающих цифро-аналоговых с преобразователей соединены с инвертирующими входами соответственно второго и первого сумматоров, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности преобразоо вания, устройство содержит третий и QD четвертый инверторы, два ключа, двеоо о о со надцать дополнительных масштабных резисторов, третий и четвертый операционные усилители и резисторы обратной связи, включенные между -их выходами и их инвертирующими входами, при этом выход первого операционного усилителя соединен с входом третьего инвертора и через первый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом четвертого инвертора, выход третьего инвертора соединен через второй и третий дополнительные масштабные резисторы соответственно с неинвертирующим и с инвертирующим входами

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для выполнения операции преобразования координат вектора при пвороте осей координат.

Известны устройства для преобразования координат, выполняющие операцию преобразования координат вектора при повороте осей координат (ротаторы) , содержащие сумматоры, множительные блоки и функциональный преобразователь 1 }.

Недостатками данных устройств являются ограниченный диапазон изменения угловой переменной и необходимость использования дополнительного цифро-аналогового преобразователя в тех случаях, когда угловая переменна задана в виде двоичного кода.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее сдвоенный аналогоЬый мультиплексор, информационные входы которого соединены с входами устройства непосредственно и через инверторы, управляювще входы соединены с двумя старшими разрядами шины задания угла, а выходы - с входами двух операционных усилителей, выходы которых связаны с соответствующими инверторами, два умножающих цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), аналоговые входы которых через соотвгтствующие резисторы связаны с: вьгходами инверторов, а кодовые входы с шиной задания угла 2.

В данном устройстве координаты 5 исходного вектора подвергаются линейному преобразованию с коэффициентами, являющимися дробно-линейньп и функциями, аппроксимирующими функции синуса и косинусй угловой переменной. Такое

10 устройство принциписШьно не может реализовать точИое преобразование координат вектора, причем погрешность метода достигает 1,1%. Кроме того, данный ротатор дает постоянный сдвиг

15 на угол 45 , что следует учитывать при задании угла из ЦВМ. Это усложняет программирование при использовании данного устройства в вычислительных и управляющих системах.

20 Цель изобретения - повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для преобразования координат, содержащее аналоговый

25 мультиплексор, соответствующие информационные входы которого соединены с первым аналоговым входом устройства непосредственно и через первый инвертор и со вторым аналоговыч вхо30 дом устройства непосредственно и

через второй инвертор, два управляюд1и входа аналогового мультиплексора соединены с двумя старшими разрядами шиповорота, остсш ны задания кода ные разряды которой соединены с кодо выми входами первого и второго умножающих цифро-аналоговых преобразователей, первый и второй выходы аналогового мультиплексора соединены с неинвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, меходу выходом и инв ртирующим входом каждого из которых вкл чен резистор обратной связи, выходы первого операционного усилителя и первого сумматора через первый и .второй масштабные резисторы соответс венно соединены с аналоговым входом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выходы второго операционного усилителя и второго сумматора через третий и четвертый масштабные резистору соединены с ана логовым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого операционного усилителя через пятый масштабный резистор соединен с первым выходом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя и с неинвертирующим входом первого сумматора, выход второго операционного усилителя через шестой масштабный резистор соединен с первы выходом первого умножающего цифроаналогового преобразователя и с неинвертирующим входом второго суммато ра, вторые выходы первого и второго умножающих цифро-аналоговых преобразователей соединены с инвертирующими ,входами соответственно второго и пер вого сумматоров, содержит третий и четвертый инверторы, два ключа, двенадцать дополнительных масштабных резисторов, третий и четвертый one рационные усилители с резисторами об ратной связи, включенные между их вы ходами и их инвертирующими входами, при этом выход первого операционного усилителя соединен с входом третьего инвертора и через первый дополнительньй масштабный резистор с инвертирующим входом второго операцион ного усилителя, выход которого соеди нен с входом четвертого инвертора, выход третьего инвертора соединен через второй и третий дополнительные масштабные резисторы соответственно с неинвертирующим и с инвертирующим входами третьего операционного усилителя, выход которого через четвертый дополнительный масштабный резистор соединен с аналоговым входом вто 09 рого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход, четвертого инвертора соединен через пятый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а через шестой и седьмой - с неинвертирующим и с инвертирующим входами четвертого операционного усилителя, выход которого соединен через восьмой дополнительный масштабный резистор с аналоговым входом первого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого сумматора через девятый и десятый дополнительные масштабные резисторы соединён соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, выход второго сумматора через одиннадцатый и двенадцатый дополнительные масштабные резисторы соединены соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами четвертого операционного усилителя, неинвертирунидие входы третьего и четвертого операционных усилителей соединены с шиной нулевого потенциала через соответствующие ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующим разрядом шины задания кода угла поворота. В предлагаемом устройстве паразитный сдвиг на угол 45°, имеющийся в устройстве-прототипе и усложняющий программирование, устраняется за счет использования операционных усилителей в режиме суммирования для поворота исходной системы координат в обратном направлении. Введение дополнительных перекрестных обратных связей при помощи дополнительный инверторов и операционных усилителей, знак коэффициентов передачи которых управляется от третьего старшего разряда входной шины, повышает порядок аппроксимации тригонометрических функций, благодаря чему методическая погрешность устройства уменьшается более, чем в 10 раз. Это позволяет соответственно повысить точность преобразования координат. На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит инверторы 1 и 2, операционные усилители 3 и 4, умножающие цифро-аналоговые преобразователи 5 и 6, сумматоры 7 и 8, масштабные резисторы 9-28, аналоговый мультиплексор 29, аналоговые входы 30 и 31, щину задания кода угла поворота 32, ключи 33 и 34, инверторы 5 35 и 36, операционные усилители 7 и 38 с резисторами обратной связи 39 и 40. Устройство работает следующим образом. Сигнал X, соответствующий первой координате преобразуемого вектора, поступает на первый вход устройства 30 и инвертор 1, а сигнал у, соответствующий второй координате преобразуемого вектора - на второй вход устройства 31 и инвертор 2. Аналоговый мультиплексор 29 управляется дву мя старшими разрядами кода угла пово рота /5 поступающего на шину 32. Масштаб угловой переменной Ч выби рают таким образом, чтобы ее изменеКИЮ от о до 360 соответствовало изменение двоичного кода от О до 1. В этом случае два старших разряда кода соответствуют номеру квадранта угла поворота осей координат. При этом порядок соединения сигнальных входов и выходов аналогового мультиплексора 29 выбирают так, чтобы при нахождении угла Ч в 1, 2, 3 и 4-ом Квадрантах (т.е. при поступлении на шины старших разрядов кодов 00, 01, 10 и 11) на первый выход мультиплексора 29 поступала величина +Х5 -ьу, -X, -у, а на второй выход- соответст венно +у, -X, -у, +х. При этом мульт плексор 29 используется так же, как и в устройстве-прототипе, для реализации поворота осей координат соотзетственно на углы О, 90 180 270°. Масштабные резисторы 25-28 выбира ют равньми по величине, В этом случае , если напряжение на первом и вто ром выходах аналогового мультиплексо ра 29 обозначить как х и у, а напр жения на выходах операционных усилителей 3 и 4 соответственно как х и У-, 5 то можно показать, что 0 УС 1 УО Преобразование (t) соответствует повороту осей координат на и умяожению модуля исходного вектора на 1/2/2, Остальная часть устройства, образованная умножающими цифро-аналоговы ми преобразователями 5 и б, сумматорами 7 к 8, операционными усилителями 37 и 38, ключами 33 34 и отно09сящимися к ним масштабнь ми резисторами 9-24 и резисторами обратной связи 39-40, служит для поворота осей координат вектора (х, у) на угол , причем угол Ч , изменяющийся в пределах О 90Я, задан кодом, образованным младшими разрядами (начиная с третьего) двоичного кода, поступающего на входную шину данных 32. Этот код угла Ч поступает на объединенные поразрядно цифровые коды первого 5 и второго 6 умножающих ДАЛ с соответствующих шин младших разрядов вход ной шины данных 32. При этом, если обозначить напряжения на аналоговых входах первого и второго умножающих ЦАП 5 и 6 как U и И, то их выходные токи на первых и вторых выходах соответственно пропорциональны: i, 0,5о(.и(Ч,-43°) i2 0,(45-V) для первого 5 и : 0,5otU2(-45°) 22 0,5oLU2(45°-4) для второго 6 умножающего ЦАП. Операционный усилитель 37 служит для выполнения операций 37 S.) где S равно I или - 1 соответственно при разомкнутом и замкнутом ключе 33. .Для этого необходимо, чтобы сопротивления резисторов определялись соотношениями:П 18 R,,R, 4R35 Аналогично этому операционный усилитель 38 с резистором обратной связи 40 служит для вьтолнения операций зб где Sj равно i или - 1 при разомкнугом к замкнутом ключе 34. Таким образом,, с учетом (2); (3), (6) выходные напряжения х. /, устройства - определяются системой уравнении: SA-K.xJ з& (yj-yi) и, aCx.+xp+bU e Uz a()-bbUj xj cx,+dU2() У2 cy,+dU,(1-24;) где a, b, с и d - некоторые постоянные, величина которых определяется выбором сопротивлений масштабных резисторов, а угол, код которого задан младшими разрядами (начиная с третьего) кода угла f . После преобразований и установки требуемых коэффициентов передачи си тему уравнений (7) можно свести к следующей: X2 X C6S4- : 5m4-5: i -X Sin4 + V cos4lчто соответствует повороту осей коор динат на угол (fjL фактически величина V изменяется от -1 до +1, поэтому для сохранения работоспособности устройства коэффициент S выбирают равным -1 при Таким образом, в случае, когда третий разряд кода угловой переменной Ч, поступающего на входную шину данных 32, равен нулю, , в противном случае . Это легко осуществить, управляя ключами 33 и 34 от третьего старшего разряда входной шины данных. При этом оконечная часть устройства реализует операцию поворота на угол 90-V -45°, где обозначает величину, заданную младшими разрядами кода входной шины данных 32. Таким образом, устройство реализует операцию поворота осей координат на угол О - 360 при изменений величины, заданной кодом угловой переменной, подаваемым на входную шину данных. Устройство работоспособно и при реализации углов поворота осей координат, больших ЗбО. При этом старшие разряды кода учитываются. Если угол 0, он вводится в дополнительном коде. Технико-экономический-эффект от использования изобретения опрепеляется повьппенной точностью преобразования (погрешность 0,1-0,15%) при незначительном возрастании стоимости (на 10-15%.