Функциональный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G06G7/26 G06J3/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислитепьной технике, в частности к устройствам для функционального преобразования аналоговых сигналов в напряжение, длительность импульса и цифровой код. Известен функциональньй преобразо ватель, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блок коммутации, йреобразователь напряжения в длигельность импульса, программный блок, генераторы импульсов, элементы И и выходной счетчик Недостатками функционального преобразователя являются ограниченная область применения и конструктивная сложность. Известен также функциональный преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, ключи, дешифр тор, группы масштабных резисторов, линейный делитель напряжения, операционный усилитель и выходной блок преобразования в код 21. Недостатком данного функционально- 5 го преобразователя является ограниче йая область применения. Наиболее близким к изобретению является функциональный преобразователь, содержащий ключи, первый из которых подключен управляющим вхо- дом к первому выходу блока синхронизации, а выходом - к первому входу интегратора, соединенного вторым вхо дом с выходом масштабирующей резисторной матрицы, подключенной входами к соответствующим выходам коммутатора, соединенного информационными входами с первым и вторым выходами источника эталонного напряжения, причем выход интегратора подключен к информационному входу блока выборки-хранения, соединённого управляющим входом с цторым выходом блока син хронизации, вход опорной частоты которого подключен к первому выходу задающего генератора, управляющие входы - к входам аргументов функционального преобразователя, третий вуход - к управляющему входу второго ключа и к управляющему входу ком мутатора, а группа выходов - к групп управляющих входов коммутатора, причем третий выход источника эталон ного напряжения соединен с сигнальным входом второго ключа, подключенного выходом к первому входу интегра тора, а сигнальный вход первого ключа соединен с выходом блока выборки-хранения. Блок синхронизации содержит счетчик и формирователь временных интервалов, счетный вход которого соединен с входом опорной частоты блока синхронизации и со счетным входом счетчика, управляющие входы - с управляющими входами блока синхронизации, первый, второй и третий выходи - с первым, вторым и третьим выходами блока синхронизации, а четвертым выходом - с управляющим входом счетчика, выходы которого являются группой выходов блока синхронизации Г31. Однако преобразователь, хотя и позволяет выполнять нелинейные преобразования аргумента, представленного цифровым кодом в выходное напряжение, но не позволяет осуществлять функциональные преобразования аргумента, представленного в виде напряжения, в выходные сигналы, представленные в виде напряжения, длительности импульса и цифрового кода соответственно. Это ограничивает область применения функционального преобразователя. Цель изобретения - расширение области применения функционального преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий ключи, первый из которых подключен управляющим входом к первому выходу блока СИНХРОНИзации, а выходом - к первому входу интегратора, соединенного вторым входом с выходом масштабирующей резисторной матрицы, подключенной входа-, ми к соответствующим выходам коммутатора, соединенного информационными 7 входами с первым и вторым выходами источника эталонного напряжения, причем выход интегратора подключен к информационному входу блока выборки-хранения, соединенного управляющим входом с вторым выходом блока синхронизации, вход опорной частоты которого подключен к первому выходу задающего генератора, дополнительно введены распределитель импульсов, преобразователь напряжения в длительность импульса, выходной счетчик, переключатель и компаратор, соединенный первым входом с входом аргумента функционального преобразователя и с сигнальным входом первого ключа, вторым входом -; С ШИНОЙ нулевого потенциала функционального преобразователя, а выходом - с, управляющим

входом переключателя, подключенного сигнальными входами к выходам источника эталонного напряжения, а выходом - к сигнальному входу второго ключа, соединенного выходом , с :третьим входам интегратора, .а управляющим входом - с выходом преобразователя напряжения в длительность импульса, стробирующим входом выходного счетчика и со стробирующим входом блока синхронизации, подключенного третьим и четвертым выходами к управляющему входу преобразователя напряжения в длительность импульса .и входу сброса выходного счетчика соответственно, а группой выходов к входам распределителя импульсов, соединенного выходами с управляющими входами коммутатора, причем счетный вход выходного счетчика подключен к второму выходу задающего генератора, а информационньй вход преобразователя напряжения в длительность импульса соединен с выходом блока выборки-хранения,

На фиг. 1 изображена блок-схема функционального преобразователя; на. фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие.его работу.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит источник 1 эталонного напряжения, коммутатор 2, масштабирующую резисторную матрицу 3, интегратор 4, блок 5 выборки-хранения, блок 6 синхронизации, распределитель 7 импульсов, задающий генератор 8, преобразователь 9 напряжения в длительность импульса, выходной счетчик 10, первый ключ 11, компаратор 12, переключатель 13 и второй ключ 14. .

Ключ 11 подключен управляющим входом к первому выходу блока 6 синхронизации, а выходом - к первому входу интегратора 4. Интегратор 4 соединен вторым входом с выходом резисторной матрицы 3, подключенной входами к соответствующим выходам коммутатора 2. Коммутатор 2 соединен информационными входами с первым и вторым выходами источника 1 эталонного напряжения . Выход интегратора 4 подключен к информационному входу блока 5 выборки-хранения, соединенного управляющим входом с вторым выходом блока 6 синхронизации. Вход опорной частоты блока 6 подключен к первому выходу генератора 8. Компаратор 12

соединен первым входом с входом аргумента функционального преобразовАтеля и с сигнальным входом ключа 11, вторым входом - с шиной нулевого потенциала функционального преобразователя, а выходов - с управляющим входом переключателя 13. Переключатель 1.3 подключен сигнальными входами к выходным источникам 1, а выходом - к сигнальному входу ключа 14, соединенного выходом с третьим входом интегратора 4, а управляющим входом - с выходом преобразователя 9 напряжения в длительность импуль

са, стробирующим входом счетчика 10 и со стробирующим входом блока 6 синхронизации. Блок 6 подключен третьим и четвертым выходами к управг ляющему входу преобразователя 9 и

входу сброса счетчика 10 соответственно, а группой .выходов - к входам распределителя 7 импульсов, соединенного выходами с управляющими входами коммутатора 2. Счетный вход счетчика 10 подключен к второму выходу .генератора 8, а информационный вход преобразователя 9 соединен.с выходом блока 5 выборки-хранения. Блок 6 синхронизации содержит счетчики 15

и 16, счетные входы которых подключены к входу опорной частоты блока 6, а управляющий вход счетчика 15 - к стробирующему входу блока. Выходы счетчика 16 соединены с входами

дешифратора 17, выходы которого являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока 6, а выходы счетчика 15 являются группой выходов блока 6.

Функциональный преобразователь работает циклично.

В каждом цикле осуществляется: интегрирование интегратором 4 напряжения Цу аргумента в течение времени Тц, задаваемого блоком 6 синхронизации; выборка выходного напряжения интегратора 4 блоков 5. выборкихранения с последующим запоминанием его в течение времени цикла Тм ; интегрирование интегратором 4 компенсационного напряжения (или-Е ) источника 1 эталонного напряжения (знак этого напряжения выбирается противоположным знаку напряжения Ux аргумента с помощью компаратора 12 и переключателя 13) в течение интервала времени компенсации Ту. , которое задается преобразователем 9 напряжения в длительность импульса, Поочередное включение каждого из t.e3HCTopoB резисторной матрицы 3 ме ду источником 1 эталонного напряжения и входом интегратора 4 в течение времени компенсации % и запол йение интервала времени компенсации Ту эталонной частотой t, зада щего генератора 8. Предположим, что перед началом П1)еобразования напряжение на выходе блока 5 выборки-хранения равно произвольной величине, Тогда напряжени на выходе блока 5 выборки-хранения после окончания ряда циклов работы преобразователя, т.е. в установившемся состоянии, при соответствующе выборе емкости конденсатора интегра тора 4, обеспечивающем сходимость процесса, становится ра:вным н t. П| Т . ,) .(.fel.M | ;г-п Luy гГ - 4 i-4 М Я. - времязадагощее сопротивлен интегратора А по его третьему входу .(входу ком пенсации); 2 - времязадающее сопротивлен интегратора 4 по его первому входу (входу измерения); , СЯ-г - коэффициент передачи пре; образователя 9, Е - напряжение источника 1, подключенного к г му резистору матрицы 3; i - сопротивление i-ro резис тора матрицы 3; tt - количество входов матрицы 3-, t- - время от начала цикла до начала ч-го участка аппроксимации, знаковая функция. Длительность очередного импульс Т% на выходе преобразователя 9 в установившемся состоянии становитс равной а код на выходе счетчика 10 опреде ляется выражением Ny,M g.S,p gLHfjEjM-fe) (.T R bo ЕоГ. w2 Таким образом, код на выходе фу ционального преобразователя состои из двух слагаемых. Первое слагаемо пропорционально.напряжению Ux аргумента, а второе определяется значениями сопротивлений -i резисторов матрицы 3 и времени f. их подключе.ния. Подключение резисторов матрицы 3 прекращается по окончании-интервала времени Ту компенсации. В качестве примера (фиг. 2) прив едены временные диаграммы токов .Т Тх е поступающих на входы интегратора ,4 соответственно через ключи 11 и 14 и резисторы Ry( матрицы 3 при определенном интервале времени компенсации, а также кривые функциональной зависимости выходного кода преобразователя от входного параметра Р датчика, выходное напряжение Оу которого служит входным для преобразователя (кривая 1 - в случае без л вателя (кривая 1 - в случае без линеаризации, кривая 2 - в случае исг исполь1зования линеаризации, кривая 3 зокания .пинеяпияаиии. кпивяя i - идеальная). В данном случае требуемая функциональная зависимость полу1,ена помощью кусочно-линейной аппроксимации, имеющей десят-ь участков. В зависимости от угла наклона каждого участка кривой выбирается сопротивление резистора и полярность подключаемого к нему напряжения. Таким образом, с помощью функционального преобразователя возможна реализация различных функциональных зависимостей выходного кода от напряжения датчика при сравнительно высокой точности и низких аппаратурных затратах. Требования к точности и стабильности резисторов матрицы 3 могут быть сравнительно невысокими. Например, при нелинейности порядка 5% (типичное значение для многих используемых в промьшшенности датчиков) влияние нестабильности сопротивления резисторов матрицы 3 уменьшается примерТно в 20 раз, что при требуемой погрешности преобразования 0,1% позволяет использовать резисторы с нестабильностью сопротивления в пределах 2%, т.е. дешевые резисторы типа ОМЛТ, С2-23 и др. Требования к вновь вводимым блокам также предъявляются невысокие. Преобразователь 9 напряжения в длителькость импульса может быть построен по простейшей схеме (интегратор-компаратор), так как его погрешность не входит в уравнение (1) преобразовання, а измсмю.иие его коэффицнента передачи Кр может влиять только на сходимость процесса преобразования Таким образом, предлагаемый преобразователь осуществляет нелинейное преобразование напряжения в напрячгение, длительность импульса и циф1158 ровой код, что расширяет область его возможного применения по сравнению с известным. Перестройка преобразователя с одной функции на другую может выполняться на основе перестройки резисторов матрицу 3 или замены матрицы.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий ключи,первый из которых подключен управляющим входом к первому выходу блока синхронизации, а выходом - к первому входу интегратора, соединенного вторым входом с выходом масштабирующей резисторной матрицы, подключенной входами . к соответствующим выходам коммутатора, .соединенного информационными входами с первым и вторым выходами источника эталонного напряжения, причем выход интегратора подключен к информацион,ному входу блока выборки-хранения, соединенного управляющим входом с вторым выхрдом блока синхронизации, вход опорной частоты которого подключен к первому выходу задающего генератора, отличающийся тем, что, с целью распшрения области применения функционального преобразователя, в него дополнитедхьно введены распределитель импульсов, преобразователь напряжения в длительность импульса, выходной .счетчик, переключатель и компаратор, соединенный первым входом с входом аргумента функционального преобразова- . теля и с сигнальным входом первого ключа, вторым входом - с шиной нулевого потенциала функционального . преобразователя, а выходом - с управляющим входом переключателя, под-i § ключенного сигнальными входами к выходам источника эталонного напря(П жения , а выходом - к сигнальному входу второго ключа, соединенного выходом с третьим входом интегратора, а управляющим входом - с.выходом J преобразователя напряжения в длитель ность импульса, стробирующим входом выхадного счетчика и со стробирующим входом.блока синхронизации, подключенного третьим и четвертым со м выходами к управляющему входу преобра зователя напряжения в длительностях j импульса и входу сброса выходного j 05 сд счетчика соответственно, а группой выходов - к входам распределителя I импульсов, соединенного выходами с управляющими входами коммутатора, причем счетный вход выходного счетчика подключен к второму выходу задающего генератора, а информационный вход преобразователя напряжения в длительность импульса соединен с выходом блока выборки-хранения.