Многоканальный преобразователь угол-код Советский патент 1984 года по МПК G08C9/04 

1 1117 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при реализации устройств ввода угловой информации в вычислительную машину,5 Известен многоканальный преобразователь угол-код, содержащий источник информации, подкдвоченный через коммут.атор к первому входу блока преобразования аналоговой величины в код, вы- 10 ход которого подключен к блоку памя ти, блок управления, один выход кото рого подключен к управляющим входам коммутатора и блока памяти, а другой выход - ко второму входу блока преоб разов ния аналоговой величины в код выход блока памяти подключен к треть ему входу блока преобразования анало говой величины в код 13Недостатком такого преобразователя является низкое быстродействие связанное с выбором следящего метода преобразования с использованием реверсивного счетчика для формирования выходного кода. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в двоичный код, содержащий синуснокосинусные вращающиеся трансформаторы, подключенные ко входам коммутатора каналов, выходы которого подключены через парафазные усилители ко входам коммутатора квадрантов, один выход которого подключен к первому входу первого преобразователя код-напряжение, первый выход которого соединен со входом первого операционного усилителя, вькод первого операционного усилителя соединен со входом блока сравнения, выход которо го подключен к первому входу регист. ра управления, блок синхронизации, выход которого через последовательно соединенные делитель тактовых иьтульсов и распределительный блок подключен ко второму входу регистра управления, выходы которого соединен с управляющими входами коммутатора квадрантов и первого преобразователя код-напряжение, второй и третий операционные усилители и второй преобразователь код-напряжение, второй вькод коммутатора квадрантов подключен ко входу второго операционного усилителя,, выход которого соединен со входом второго преобразователя код-напряжение, первый выход 04 которого соединен со входом второго операционного усилителя, вторые выходы первого и второго преобразователей код-напряжение соединены со входом третьего операционного усилителя, выходы второго и третьего операционных усилителей соединенных со входами блока сравнения, вых-од регистра управления подключен к управляющему входу второго преобразователя код-напряжение 21. Недостатком известного преобразователя также является невысокое быстчто связано с выбором РОД ствие, равных по длительности тактов при определении содержания разрядов выходного кода по Е штоду поразрядного кодирования и наличием задержек в парафазных усилителях и коммутаторе квадрантов. Цель изобретения - повышение быстродействия многоканального преобразователя угол-код. Поставленная цель достигается тем что .в многоканальный преобразователь угол-код, содержащий генератор опорного сигнала первый выход которого подключен ко входам синус-но-косинусных вращашп ихся трансформатор он, вьЕходы которых подключень к коммутатору каналов, первый операционный .усилитель, вькод которого подк.пючен к информационному входу первого регистра последовательных приближений, второй операционный усилитель,, введены сиина нулевого потенциала, два цифроаналоговьк тригонометрических перемножителя5 девять одновибратороа,шесть элементов И-НЕ, один инвертор и второй регис р последовате-пьньгх приближений, информационный вход которого является входом сигнала логической единицы преобразователя, выход первого, второго, третьего и четвертого старших разрядов второго регистра последовательных приближений через первый второй, третий и четвертьй одновибраторь подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу первото регистра последовательных приближений и через пятьй одновибратор подгслючен к первому входу второго элемента И-НЕ,, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра последовательных приближений, выходы осталь3ных разрядов которого через последовательно соединенные третий элемент И-НЕ и шестой одновибратор подключены к пятому входу первого элемента И-НЕ, а стартовый выход - к шестому входу первого элемента И-НЕ и через инвертор к первому входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого через седьмой одновибратор подключен ко второму входу второго элемента И-НЕ, второй выход генератора опорного сигнала подключен к прямому входу второго операционного усилителя, инверсный вход которого подключе к шине нулевого потенциала, а выход соответственно через восьмой и девятый одновибраторы подключен к первому и второму входам пятого элемента И-НЕ,выход которого подключен к первому входу шестого элемента И-НЕ, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента И-НЕ, второй вход одиннадцатого элемен та И-НЕ является стартовым входом преобразователя, выходы коммутатора каналов подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых триго нометрических перемножителей, к цифровым входам которых подключены выхо ды разрядов первого регистра последо вательных первого регистра последова тельных приближений, которые являются выходами преобразователя выходы первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей подключены соответственно к инверсному и прямому входам первого операционного усилителя. На фиг. 1 представлена блок-схема многоканального преобразователя угол код; на фиг. 2 - таблица переходов регистра последовательных приближений; на фиг. 3 - блок-схема четырехквадратного цифроаналогового тригоно метрического перемножителя. Преобразователь, содержит двухфазный генератор 1 опорного сигнала синусно-косинусные вращающиеся транс форматоры 2, коммутатор 3 каналов, четырехквадратные цифроаналоговые тригонометрические перемножители 4, первый операционньй усилитель 5, первый регистр 6 последовательных приближений, второй операционный уси литель 7, одновибраторы 8-14, 23 и 24, второй регистр 15 последовательных приближений, первый 16, второй 1 третий 18, четвертый 19, пятый 20 и 0Д4 шестой 21 элементы И-НЕ, инвертор 22, умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25, постоянное запоминаvMiee устройство (ПЗУ) 26, операционные усилители (ОУ) 27 и 28, резисторы 29-31. Преобразователь работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает два опорных гармонических сигнала, сдвинутых друг относительно друга на 90°, одним из которых запитываются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы 2 (фиг. 1). Управляемый комм татор 3 каналов подключает выходы выбранного син сно-косинусного вращающегося трансформатора к аналоговым входам четырехквадратных цифроаналоговых тригонометрических перемножителей 4, умножающих аналоговые сигналы sin sinuJt и COS& sin cot на цифровые коды сигналов cos W и sin Ч соответственно (9 - УГОЛ поворота вала; U)t - фаза сигнала запитки. Ч - цифровой эквивалент компенсирующего угла). На выходе операционного усилителя 5 вырабатывается сигнал рассогласования, соотяетствующий лог. О, если siп(S-) ,sinu)t Л U, и лог. 1, если sin(6-4).x sinwt AU, гдеДи зона нечувствительности операционного усилителя 5 к изменениям входных сигналов, определяющая разрешающую способность преобразователя. Логический уровень с выхода усилителя 5 подается на информационный вход регистра 6 последовательных приближений, функции которого заключаются в формировании по сигналам на тактовом входе на своих выходах определенной последовательности кодов с одновременной записью в каждом из тактов сигналов с информационного входа в выходные разряды от старшего к младшим. Работу регистра последовательных приближений поясняет таблица переходов на фиг. 2 (стандартная микросхема 155ИР17-12 разрядного регистра последовательных приближений). Из таблицы видно, что при поступлении на тактовый вход первого импульса на выходе регистра образуется код 01 ... 1, соответствующий в преобразователе угол-код углу W 180°. В зависимости от величины угла S , на вькоде усилителя 5 формируется логический уровень, который при поступлении второго тактового импульса записывается в старший разряд регистра 6. Одновременно на его выходе обра зуется код D,, 01... 1, соответствующий в преобразователе угол-код (в за висимости от значения углу if 90 или 4 . Результат сравнения @ и формируется на выходе усилителя 5 и в третьем такте записывается в следующий за старшим разряд и т„д. В тринадцатом такте на выходе регист ра 6 оказывается записанным 12-разрядный код, соответствунй1р й углу а на стартовом выходе регистра ее появляется уровень лог. О, свидетельствующий об окончании цикла преобразования. Следующий цикл может быть начат после подачи стартового импульса, вызьгаающего очередную серию тактовых сигналов. Максимально достижимая точность преобразования может быть обеспечена при осуществлении цикла измерения в момент наибольшей амплитуды сигнала запитки, а также при условии, что время цикла преобразования незначительно по отношению к периоду Ji/u; сигнала запитки. Сигнал начала преоб разования и, следовательно, сами пре образования могут происходить дважды за период 2Jr/to сигнала запитки, в его положительной и отрицательной фазах. Дпя повышения точности и упро щения синхронизации момента начала преобразования генератор 1 опорного сигнала вьтолнен двухфазным. Опорный сигнал второй фазы (coswt) поступае на операционный усилитель 10, фиксирующий изменением логического уровня на своем выходе положительные и отрицательные значения сигнала запитки (sinujt) . Задержка преобразования включает в себя две составлякнцие: t.,, - время переключения ключей ЦАП 25 в сумме со временем выборки кода в ПЗУ 26 (фиг, 3), а также t(U) - время нарас тания аналоговых сигналов в ОУ 27 и 28 и в операционном усилителе 5. Пер вая составляющая t не связана с величиной коммутируемых сигналов, в то время как вторая t(U), прямо от них зависит: tf,(U) э U, где d - скорость нарастания ОУ (характеристика бьютродействия ОУ в режиме большого .сигнала), а и„ - наибольшая величина сигналов коммутируемых в п-ном такте. Время одного такта Т может быть представлено, как В соответствии с принципом поразрядного кодирования величина Un в каждом последующем такте вдвое меньше, чем в предыдущем, т.е. Uj ц , и т.д., поэтому наименьшее время Т„ , требуемое для попного цикла преобразования, равно: и (и,,,-ьи, ц.. ..-ни, Для вьтолнения этого равенства в предлагаемом преобразователе формируются тактовые иьшульсы переменной длительности, задаваемой одновибраторами 8-12. Одновибраторы 8-11, 13, 14 и 23 по отрицательному фронту вьфабатьшают импульс нулевого лог. уровня, одновибраторы 12 и 24 по положительному фронту вьфабатывают импульс нулевого лог. уровня. При смене логического уровня на выходе операционного усилителя 7 на выходе одного из одновибраторов 23 или 24 формируется импульс нулевого логического уровня, на выходе другого одновибратора в это время поддерживается уровень лог. 1. На выходе элемента 20 И-НЕ сформированный импульс инвертируется, и при совпадении со стартовьм импульсом единичного логического уровня через элементы 19 И-НЕ запускает своим отрицательным Фронтом одновибратор 14, импульс от которого через элемент 18 И-НЕ поступает на тактовый вход второго регистра 15 последовательных приближений. В соответствии с таблицей на фиг. 2 в старшем разряде регистра 15 формируется лог. О. Одновибратор 8 по отрицательному фронту сигнала старшего разряда вырабатывает тактовый импульс, длительность которого Т. задается длительностью выходного сигнала одновибратора 8 минимально необходимой для определения старшего разряда кода: кл выхода элемента 16 И-НЕ тактовый импульс единичного логического уровня not-fynaeT на тактовый вход первого регистра 6 последовательных приблиясеНИИ и по окончании своим отрицательным фронтом запускает одновибратор 13(, импульс которого через элемент 18 Й-НЕ поступает на тактовый вход регистра 15. В следукнцем за старшим выходном разряде регистра 15 формируется лог. О, на что реагирует одновибратор 9, тактовый импульс с выхода которого имеет длительность, минимал но необходимую для определения следую щего за старшим разряда кода: Т ,гПо окончании второго тактового импульса одиввибратором 10 формируется третий тактовый импульс длительностьюкл- 1/4 за ним одновибратором 11 формируется четверт импульс длительностью .+ ( й Тактовые импульсы с пятого по последний имеют одинаковую длительность Т5 lfn, незначительно превышающую t скольку на практике величина задержки t (и) U|bj много меньше м .вклад в общую задержку весьма мал По окончании цикла в соответствии с таблицей на фиг. 2 на стартовом выходе ее регистра 15 формируется лог. О, подготавливающий регистр 6 к следующему циклу и открывающий через инвертор 22 элемент 21 И-НЕ для прохождения очередного стартового импульса с выхода элемента 19 И-НЕ, Установка лог. 1 на информационном входе D регистра 15 обеспечивает требуемый порядок формирования лоГ. уровней на выходах регистра 15. Возможность произвольно задавать длительность импульсов, вырабатываемых одновибраторами, позволяет сформировать последовательность тактовьк импульсО9, обеспечивающих минимальную задержку преобразования. Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя заключается в повышении его быстродействия при одновременном сужении номенклатуры используемых элементов по сравнению с известными преобраэователями.

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий генератор опорного сигнала, первый выход которого подключен к входам синусно-косинусных вращающихся трансформаторов, выходы которых подключены к коммутатору каналов, первый операционный усилитель, выход которого подключен к информационному входу первого регистра последовательных приближений, второй операционн№ усилитель, отличающийся тем, что, с целью повышения бьютродействия преобразователя, в него введены шина нулевого потенциала, два цифроаналоговых тригонометрических перемножителя, девять одновибраторов, шесть элементов И-НЕ, один инвертор и второй регистр последовательных приближений, И1« орма1Д1онный вход которого является входом сигнала логической единицы преобразователя, выход первого, второго, третьего и четвертого старших разрядов второго регистра последовательных приближений через первый, второй, третий и четвертый одновибраторы подключены к первому; втсфсжу, третьему и четвертому входам первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу первого регистра последовательных приближений и через пятый одновибратор подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра последовательных приближений, выходы остальных разрядов которого через последовательно соединенные третий элемент И-НЕ и шестой одновибратор подключены к пятому входу первого элемента И-НЕ а стартовый вы:од - к шестому входу первого элемента И-НЕ и через инвертор к первому входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого через седьмой одновибратор подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, второй выход генератора опорного сигнала подключен к прямому входу второго операционного усилителя, инверсный вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход соответственно через восьмой и девятый одновибраторы подключен к первому и второму входам пятого элемента И-НЕ, выход которого подключен к первому входу шестого элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу четвертого элемента И-НЕ, СО второй вход шестого элемента И-НЕ является старшим входом преобразователя, выходы коммутатора каналов подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, к цифровыч входам которых подключены выходы разрядов первого регистра последовательных приближений, которые являются выходами преобразователя, выходы первого и второго цифроаналаговых тригонометрических перемножителей подключены соответственно к инверсному и прямому входам первого операционного усилителя

Ял (f)

. .-1Фт.1 .

Х- состоя we любое

Фиг.2

JL

аг.5