Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/00 

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике и может быт использовано для связи аналоговых ис точников информации с микропроцессорами. Известно устройство, содержащее синусно-косинусный датчик, выходы ко торого подключены к входам блока формирования кода, генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И непосредственн и к входу синусно-косинусного датчика через последовательно соединенные делитель частоты и фильтр, два выпря мителя, вход одного из которых подключей к первому выходу -синусно-коси нусного датчика, первый компаратор, выходы которого соединены с входами первого триггера, выход которого под ключен к втордму входу злемента И, источник команды ПУСК, выход которог подключен к одному из входов блока пуска, выход которого соединен с третьим входом элемента И, второй триггер, счетчик, фазоинвертор, второй компаратор и дискриминатор уров.ня, причем вход другого выпрямителя подключен К второму выходу синуснокосинусного датчика, входы дискриминатора уровня соединены с выходами выпрямителей, а выход - с первыми входами компараторов, вторые входы которых соединены с входом синуснокосинусного датчика непосредственно и через фазоинвертор, выходы второго компаратора соединены с входами второго триггера, выход которого подключен к четвертому входу элемента И выход которого соединен с входом счетчика, другой вход блока пуска со единен с одним из выходов второго компаратора lj . Другое известное устройство содер жит синусно-косинусный датчик, выходы которого подключены к входам блока формирования кода, генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу злемента И непосредственно и входу синусно-косииусного датчика через последовательно соеди.ненные делитель частоты и фильтр, вьшрямитель, выход которого подключен к одному из входов компаратора, выходы которого соединены с входами первого триггера, выход которого соединен с вторым входом злемеита И, второй триггер и блок пуска, один из входов которого соединен с источником команды ПУСК, а выход - с третьи входом элемента И, выход которого подключен к входу счетчика, два двухПозиционных переключателя и фазоинвертор, причем выходы синусно-косинусного датчика через первый двухпозиционный переключатель, управляющий вход которого соединен с выходбм блока формирования кода, подключен к входу выпрямителя, вход фазоинвертора соединен с выходом фильтра, выходы фазоинвертора и фильтра через второй двухпозициоиньй переключатель подключены к другому входу компаратора, выходы которого соединены с двумя другими входами блока пуска, а один из них, кроме того - со счетным входом второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом второго двухпозиционного переключателя z . Недостатком указанных устройств является их низкое быстродействие, обусловленное необходимостью применения инерционных вьтря ттелей со сглаживанием и задержкой момента формирования результата измерения относительно момента подачи команды ПУСК на установочные входы устройств. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, подключенный к первому входу первого элемента И и через последовательно соединенные делитель частоты и фильтр к - входу синусно-косинусного датчика угла и к первому входу формирователя кода квадранта, один выход синуснокосинусного датчика угла подключен к второму входу формирователя кода квадранта и через первый выпрямитель - к одному входу компаратора, другой выход синусно-косинусного датчика угла подключен к третьему входу формирователя кода квадранта и через последовательно соединенные фазосдвигакщий элемент и второй выпрямитель к другому входу компаратора, выходы компаратора подключены к установочным входам первого триггера, прямой выход которого подключен к второму входу первого злемента И, блок пуска, один вход которого соединен с источником команды ПУСК, а выход подключен к третьему входу первого элемента И, .счетчик,выход которого подключен к одному входу блока вьщачи кода, один выход компаратора переключен к другому входу блока пуска, а выход перво3.11

го элемента И подключен к входу счет) .чика З.

Недостатком известного преобразователя является невысокое быстродействие, связанное с наличием времени ожидания от импульса пуска до стартимпульса.

Цель изобретения - повышение быст--. родействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий генератор импульсов, подключенный к первому входу первого элемента И и через последовательно соединенные делитель частоты и фильтр - к входу синусно-косинусного датчика угла и к первому вхо.ду формирователя кода квадранта,один выход синусно-косинусного датчика угла подключен к второму входу формирователя кода квадранта и через первый выпрямитель - к одному входу компаратора, другой выход синусно-косинусноТо датчика угла,подключен к третьему входу формирователя кода квадранта и через последовательно соединенные фазосдвигающий элемент и второй выпрямитель - к другому входу компаратора, выходы компаратора подключены к установочным входам первого триггера,

прямой выход которого подключен к ВТО

рому входу первого элемента И, блок пуска, один вход которого соединен с источником команды ПУСК, а выход подключен к третьему входу первого элемента И, счетчик, выход которого подключен к одному входу блока вьщачи кода, введены второй триггер, второй, третий и четвертьй элементы И, элемент ИЛИИ дешифратор, при этом генератор импульсов, инверсный выход первого триггера и выход блока пуска подключены к первому, второму и третьему входам соответстввенно второго элемента И, прямой и инверсный выходы первого триггера подключены к первым входам соответственно третьего и четвертого элемент.ов И, вторые входы которых соединены с источником команды ПУСК, а выходы подключены к установочным входам второго триггера прямой и инверсный выходы второго триггера подключены к четвертым входам первого и второго элементов И соответственно и к первым входам дешифратора, вторые входы которого соединены с выходами формирователя кода квадрантов, а выходы, дешифратора под804

ключены к другим входам блока вьщачи кода, выходы первого и второго элементов И через элемент ИЛИ подключены к входу счетчика, а прямой выход первого триггера подключен к второму входу блока пуска.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя на фиг.2 временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит синуснокосинусный датчик 1 угла, первый выход которого соединен с входом выпрямителя 2 непосредственно, а второй выход - с входом выпрямителя 3 через

фазосдвигающий элемент 4, компаратор 5, входы которого соединены с выходами выпрямителей 2 и 3, а выходы - с входами первого триггера 6, прямой выход которого подключен к одному

из входов блока 7 пуска, второй триггер 8, прямой и инверсный выходы которого, соединены соответственно с первыми входами элементов И 9 и 10, вторые входы которых соединены с

соответствующими выходами первого триггера 6, третьи входы - с.выходом блока 7 пуска, четвертые-входы - с выходом генератора 11 импульсов, а выходы ч-ерез элемент ИЖ 12 - с вхо-

дом счетчика 13, элементы И 14 и 15, первые входы которых соединены с другим входом блока пуска и с выходом источника 16 команды ПУСК, вторые входы - с прямым и инверсным выходами триггера 6, а выходы с входами R

и 5 триггера 8 соответственно, делиг тель 17 частоты, вход которого подключен к выходу генератора 11 импульсов, а выход через фильтр 18 - к входу синусно-косинусного датчика 1 и к одному из входов формирователя 19 кода квадранта, другие входы которых соединены с вЬгходами синусно-косинусного датчика 1, а выходы - с входами

дешифратора 20, другие входы которого соединены с выходами триггера 8, а выходы - с управляющими входами блока 21 выдачи кода, .вход которого подключен к выходу счетчика 13, а выход является выходом преобразователя.

Преобразователь работает следукщим образом.

Выходные тактовые импульсы генератора 11 через делитель 17 частоты подаются на фильтр 18, формирующий синусоидальное напряжение питания U(j для синусно-косинусного датчика (СКЦ) 1 угол поворота ротора которого измеря- ется. С выходных обмоток СКД снимают ся модулированные в функции синуса и косинуса угла поворота S напряжения одно из которых подается на вход выпрямителя 2 непосредственно, а друго на вход выпрямителя 3 через фазосдви гающий элемент 4, осуществляющий сдвиг фазы этого напряжения на четверть периода. Выпрямители 2 и 3 (без элементов сглаживания) осуществляют независимо друг от друга де- . тектирование поданных на их входы на пряжений (фиг.2а). Компаратор 5 формирует импульсы в моменты равенства выходных напряжений выпрямителей 2 и 3, причем на первом выходе компарато ра появляются импульсы, соответствую клцие положительному градиенту выходного напряжения вьшрямителя 2 (фиг. 2S) на втором выходе - импульсы, соответствукндие положительному градиенту выходного напряжения вьшрямителя 3 (фиг.2&). Эти импульсы поступают на раздельные входы триггера 6, поочередно перебрасывая его из одного устойчивого положения в другое (фиг.2 Ч тл Q ). Напряжения выходных обмоток СКД 1, кроме того, подаются на формирователь 19, который в зависимости от знака фазы этих напряжеНИИ относительно напряжения питания Un датчика формирует код квадранта угла поворота и сигналы управления дешифратором 20. Импульсный сигнал пуска (команда ПУСК) с выхода источника 16 поступает на установочный вход блока 7. Если этот сигнал поступил в момент времени IQ (фиг.2е), предшествующий появлению на прямом выходе триггера 6 .(фиг.22) очередного прямоугольного импульса с длительностью 1-, пропорцио нальной углу поворота 9 , то сигнал ис- очника 16 через открытый элемент И 15. проходит через вход $ триггера 8 и устанавливает его в положение 1 (фиг.2 и) при котором разрешающий потенциал логического уровня 1 с прямого выхода этого триггера (фиг.2:К) подготавливает элемент И 9, а запрещающий потенциал логического уровня О - блокирует элемент И 10. этого-в момент времени, соот- вётствукнций ближайшему (к моменту времени io ) перепаду потенциалов на выходах триггера 6, блок 7 пуска фор мирует разрешающий потенциал на время, соответствукяцее длительности цик ла измерения (фиг.2 ц), т.е. на время, зависящее от программы определения кода угла поворота, устанавливаемой в блоке 7 (на фиг.2у показан случай установки такой программы по двум временшлм интервалам). Этрт разрешающий потенциал подается на соответствукндий управляющий вход элемента И 9, открывает его и разрешает поступление тактовых импульсов генератора 11 через элементы И 9 и ИЛИ 12 на вход счетчика 13 (фиг.2к). Результат измерения, формируемый счетчиком, через блок 21 выдачи кода поступает на выход устройства в форме прямого кода или его дополнения до величины N , что зависит от состояния дешифратора 20, управляющего блоком 21 вьщачи кода. Допустим, что импульсный сигнал, пуска (команда ПУСК) поступил на установочный вход блока 7 в мсиент времени (фиг.2д), когда триггер 6 находится в положении 1 и на его прямом выходе был потенциал логического уровня 1 (фиг.21). В этом случае в код преобразуется длительность прямоугольного импульса с инверсного выхода триггера 6 (фиг.2а), т.е. ближайшего прямоугольного импульса, несущего полезную информацию об измеряемом параметре. Поэтому сигнал пуска с источника 16 через открытый элемент И 14 проходит на вход R триггера 8 и устанавливает его в положение О (фиг. 2 АЛ, н )., при котором разрешающий потенциал логического уровня 1 с инверсного выхода этого триггера (фиг.2н) подготавливает элемент И 10, подключенный к инверсному вькоду триггера 6, а запрещающий потенциал логического уровня О блокирует элемент И 9. После этого в момент времени, соответствукнций ближайшему (к моменту времени ig) перепаду потенциалов на выходах триггера 6, блок 7 пуска формирует разрешающий потенциал на время, соответствукнцее дпительности цикла измерения (фиг,2о). Этот разрешающий потенциал подается на соответствующий управляющий вход элемента И 10, открывает его и разрешает поступление тактовых импульсов генератора 11 через элементы И 10 и ИПИ 12 на счетчика 13 (фиг.). Результат измерения, формируемый счетчиком 13 через блок 21 выдачи кода, управляемый

дешифратором 20, поступает на выход устройства в форме прямого кода или его дополнения до величины N ,т)ах

Форма вьщачи результата измерения (прямой код или его дополнения до величины N гпах ) зависит от номера квадранта (определяется формирователем 19) и временного положения импульса запуска относительно прямоугольного импульса с прямого выхода триггера 6 (определяется триггером 8). Например, в нечетных квадрантах

(1.3)при увеличении угла поворота формируемый счетчиком 13 результат . измерения увеличивается (если кодируется. длительность прямоугольного импульса с прямого выхода триггера 6)

или уменьшается (если кодируется длительность прямоугсхпьного импульса с . инверсного выхода этого зце триггера) Значит, результат измерения должен быть выдан соответственно в форме прямого кода или его дополнения до величины S tna к В четных квадрантах

(2.4)наблюдается обратная зависимость.

Форма вьщачи кода определяется дешифратором 20, входы которого подключены к выходам формирователя 19 (на одном выходе формируется сигнал, соответствующий нахождению 0 в нечетных квадрантах, на другом - в четных квадрантах) и триггера 8, а выходы к управляющим входам блока 21 вьщачи кода. Таблица поясняет логику работы дешифратора 20, построенного, например, на элементах И и ИЛИ.

Обар1Й код угла поворота б определяется по коду квадранта формирователя 19 (старшие разряды) и прямому или дополнительному коду счетчика 13 (младшие разряды).

Таким образом, преобразователь обеспечивает формирование и вцдачу результата измерения за меньшее по сравнению с прототипом время, что особенно важно, например, в многоканальном режиме .его работы. За счет уменьшения времени измерения увеличивается быстродействие устройства.

Экономический зффект от использования предлагаемого 1 реобразрвателя определяется его техническими преимуществами.

1,3 1,3

2,4 2,4

римечание. Np- соответственно прямой код и N - его до- , полнение до величины Nntox

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОЩ)ТА ВАЛА В КОД, содержащий генератор импульсов, подключенный к первому входу первого элемента И и через последовательно соединенные делитель частоты и фильтр - к входу синуснокосинусного датчика угла и к первому входу формирователя кода квадранта, один выход синусног-косинусного датчика угла подключен к второму входу формирователя кода квадранта и через первый выпрямитель - к одному входу компаратора, другой выход синуснокосинусного датчика угла подключен к третьему входу формирователя кода квадранта и через последовательно соединенные фазосдвигаищий элемент и второй выпрямитель - к другому входу компаратора, выходы компаратора подключены к установочным входам первого триггера, прямой выход которого подключен к второму входу первого элемента И, блок пуска, один вход которого соединен с источником команды ПУСК, а выход подключен к третьему входу первого элемента И, счетчик, выход которого подключен к одному входу блока выдачи кода, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены второй триггер, второй, третий и четвертьй элементы И, элемент ИЛИ и дешифратор, при этом генератор импульсов, инверсный выход первого триггера и выход блока пуска подключены к первому, второму и третьему входам соответственно второго элемента И, прямой и инверсный выходы первого триггера подключены к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с источником команды ПУСК, а выходы подключены к установочным входам второго триггера, прямой и инверсный выходы второго триггера подключены к чётвертьм входам первого и ел второго элементов И соответственно и к первым входам дешифратора, вторые о входы которого соединены с выходами 30 формирователя кода квадрантов, а выходы дешифратора подключены к другим входам блока выдачи кода, выходы первого и второго элементов И через элемент ШШ подключены к входу счетчика, а прямой выход первого триггера.подключен к второму входу блока пуска.