Функциональный частотный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G06G7/26 

матора,, второй вход которого соединен с выходом шестого, переключателя ре}р;имов работы, два выхода седьмого персшючателя режимов работы подключены пепосредствекко и через четвертый инвертор к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом восьмого переключателя резкимов работы, вход четвертого сумматора непосредственио и liepBbDi вход пятого cyMt-iaTopa через Инвертор подключены к входу преобразователя и вторым входам первого.

третьего, пятого и седьмого переключателей режимов работы, второй вход пятого сумматора соединен с вторыми входами второго, четвертого и восьмого переключателей режимов работы, третьи входы которых подключены к соответствующим выходам блока задаtMfi постоянных коэффициентов, третий вход пятого и четвертые входы шестого и восьмого переключателей режимов работы соединены с соответствую1ци:ми выходами блока задания постоянных ix: о э фф и 1лИ е н т о в .

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий последовательно включенные суммирующий масщтабный усилитель, первый ключ, интегратор и первый, компаратор, выход которого является выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения класса вос.производимых функций, он содержит блок задания постоянных коэффициентов, выполненньй в виде резистивных делителей напряжения, триггер, программньм переключатель, восемь переключателей режимов работы, масштабньй усилитель, пять Т1нверторов, пять сумматоров, второй и третий ключи : и первьй и второй блоки преобразования напряжения в частоту, каждый из которых вьшолнен в виде последовательно соединенных ключа, интегратора, между входом и выходом которого включен другой ключ, и компаратора, восемь выходов программного переключателя соединены с первыми входами соответствующих переключателей режимов . работы, а его девятый выход подключек к управлякяцим входам второго и третьего ключей, информационные входы которых подсоединены к выходам компараторов первого и второго блоков преобразования напряжения в частоту, а выходы объединены и подключены к первому установочному входу триггера, подсоединенного вторым установочным входом к выходу первого компаратора, два выхода триггера под-, ключены соответственно к управля Ш1ИМ входам первого ключа и ключей перво го блока преобразования напряжения в частоту, выходы пяти сумматоров под- .ключены соответственно к другому вхо) ду интег{)атора, к информаш онному входу ключа первого блока преобразования напряжения в частоту, к друго-Nry входу и выходу его компаратора и к управляющим входам ключей второго блока преобразования напряжения в частоту, к информационному входу его ключа и к другому входу его компаратора, три выхода первого переключателя режимов работы подключены соответственно непосредственно через первый инвертор и через масштабньшс усилитель к первому входу первого , сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя режимов работы, два выхода третье.го переключателя режимов работы под ключены непосредственно и через второй инвертор к пepвo гy входу суммирующего масштабного усилителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого переключателя режимов работы, выход пятого переключателя режимов работы подключен через третий инвертор к первому входу второго сум

Изобретение относится к аналоговой, аналого-щ-тфровой вычислительной TexH.vnce и может бьггь использовано при построении вычислительнь1х машин, моделирующих устройств, измеритель- . пьк функциональных преобразователей и li 1 гф оркаци он и о-из мерительных систем ,

Известен функциональный преобразовател.ь напряжения в частоту5 содержа1ДКЙ интегратор с зарядным резистором на входе, нуль-орган, подключенньш к вькоду мнтвгратора, форм11рователь напряжения обратной связи, включенный мелсду выходом муль-органа и входом интегратора, параллельно зарядному j резистору Бя-слючен полевой транзистор, затвор которого соединен с выходом нуль-органа. Устройство просто и надежно ij .

Однако в нем выполняется только квад 1атичная функцргя преобразования.

Наиболее близким к изобретению является частотный преобразователь, содержащи интегратор, выполненный на операционном усилителе, компаратор соединенный с выходом интеграторгц электронньй ключ, соединенный с выходом комтаратора, источник перезаряда конденсатора интегратора, выполненный в виде масштабного усилителя. 13КОД которого соединен с входом преобразователя и интегратора, а вькод - с электронным клет-юм и первым входом интегратора 21.

Недостатком известного преобразователя являются его ограниченные функциональные возможности, так как

реализуется только линейная функциональная зависимость.

Цель изобретения - расширение класса воспроизводимых функций.

Поставленная цель достигается тем что функциональньй частотный преобразователь, содержашд й последовательно включенные сунмирующий масштабный усилитель, первьм ключ, интегратор и первый KoivQiapaTop, выход которого является выходом преобразователя, содержит таклсе блок задания постоянных коэффициентов, вьшолненный в виде резистивных делителей напряжения, триггер, программный переключатель, восемь переключателей режимов работы, масштабный усилитель, пять инверторов, пять сумматоров, второй и третий ключи и первьй и второй блоки преобразования напряжения в частоту, каждый из которых выполнен в виде последоватбУтьно соединенных 1сп10ча, интегратора, между входом и выходом которого включен другой ключ, и кo яIapaтopa, восемь выходов программного переключателя соединены с nepBbiMii вхо/дами соответствущих переключателей режимов работы, а его девятьй выход подклгочен к управляющим входам второго и третьего ;слючеЙ5 информационные входы которых гяодсоединены к выходам KONsnapaTopoB первого и второго блоков преобразова1ГИЯ напряжения в частоту, а ЗЬЕХОДЫ объединены и подключены к первому установочному входу триггера, подсоединенного вторым установочным вхо3дом к выходу первого компаратора, два выхода триггера подключены соответственно к управляющим входам пер1ВОГО ключа и ключей первого блока преобразования напряжения в частоту, выходы пяти сумматоров подключены со ответственно к другому входу интегратора, к информационному входу клю ча первого блока преобразования напр жения в частоту, к другому входу и выходу его компаратора и к управляющим входам ключей второго блока преобразования напряжения в частоту, к информационному входу его ключа и к другому входу его компаратора, три выхода первого переключателя режимов .работы подключены соответственно непосредственно -.через первый инвертор и через масштабный усилитель к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя режимов работы, два выхода третьего переключателя режимов работы подключены непосредственно и через второй инвертор к первому входу суммирующего мас штабного усилителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого переключателя режимов работы, выход пятого переключателя режимов работы подключен через третий инвертор к первому входу второго сумматора, вто рой вход которого соединен с выходом шестого переключателя режимов работы два выхода седьмого переключателя ре жимов работы подключены непосредственно и через четвертьй инвертор к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом восьмого переключателя режимов работы, вход четвертого сумматора непосредственно и первый вход пятого сумматора через инвертор подключены к входу преобразователя и вторым входам первого, третьего, пятого и седьмого переключателей режимов работы, второй вход пятого сумматора соединен с вторыми входами второго, четвертого и восьмого переключателей режимов работы, третьи входы которых подключены к соответствующим выходам блока задания постоянных коэффициентов, третий вход пятого и четвертые входы шестого и восьмого переключателей режимов работы соединены, с соответству(Н15нми выходами блока задания постоянных коэффициентов. 654 На фиг. 1 представлена функциональная схема функционального частотного преобразователя (ФЧП); на фиг. 2 - временные диаграм а 1 работы ФЧП. ФЧП (фиг. 1) содержит интегратор 1, выход которого соединен с входом компаратора 2, выход которого является выходом устройства, первый вход интегратора 1 подключен к выходу ключа 3, вход которого соединен с вы-ходом суммирующего масштабного усигштеля 4. Первьш устано-вочный вход л-риггера 5 соединен с выходом компаратора 2. Выходы триггера 5 подключены соответственно к управляющему входу ключа 3 и управляющим входам ключей 6 и 7 первого блока 8 преобразования напряжения в частоту. В первом блоке 8 выход интегратора 9 соединен с первым входом компаратора 10 и выходом ключа 7, вход которого соединен с входом интегратора 9 и выходом ключа 6. Выход компаратора 10 подключен к управляющим входам ключей 11 и 12 второго блока 13 преобразования напряжегшя в частоту. Во втором блоке 13 так же, как и в первом В, выход интегратора 1А соеди-нен с первым входом компаратора 15 и выходом ключа 12, вход которого соединен с входом интегратора 14 и выходом ключа 11. Выход компаратора 15 подключен к входу ключа 16, выход которого соединен с выходом ключа 17 и вторым входом триггера 5. Вход ключа 17 соединен с выходом компаратора 10, а его управляющий вход - с управляюш м входом ключа 16 и выходом 18 программного перехшючателя 19 вида функции. Второй вход интегратора . 1 соединен с выходом сумматора 20, первый вход которого соединен с первым, вторым и третьим входами переключателя 21 режимов работы соответственно через масштабный усилитель 22, инвертор 23 и непосредственно. Второй вход сумматора 20 соединен с выходом переключателя 24. Первый вход cyм шpyющeгo масштабного усилителя 4 соединен с первым и вторым входами переключателя 25 соответственно через инвертор 26 и непосредственно, а второй его вход соединен с выходом переключателя 27. Вход ключа 6 Соединен с выходом сумматора 28, первый вход которого через инвертор 29 соединен с выходом, переключателя 30, а его второй вход соединен с выходом переклпочателя 31. Второй вход компаратора 10 соединен с выходом сумматора 32, первый вход которого соединен с первым и вторым выкода№1 переключателя 33 соответственно чере инвертор 34 и непосредственно, а его второй вкод соединен с вьсходом переключателя 35. Вход 36 преобразователя соединен с .первыми входами переключателей 21, 25, 30 и 33, сумматора 37 и входом инвертора 38. Вгзгх сумматора 37 соединен с входом ключа 11, выход инвертора 38 - с первым входом сумматора 39, выход которого соединен с другим выходом компаратора 15, а его второй вход соедиьген с входами переключателей 24, 27 и 35 и вькодом 40 блока 41 задания постоянных коэффициентов. Выходы 42 и 43 бл ка 41 задания постоянных коэффициентов соединены с входами переключателя 31, выход 44 - с входом переключателя 35, выход 45 с соответствую щим вxoдo i переключателя 31, выход 46 - с входом переключателя 27 и входом переключателя 355.- выход 47 с входами переключателей 24 и 30 Программный переключатель 19 вида функции выходами 48-55 соединен соот ветственно с управляющими входами пе peключaтeJ:eй 21, 24, 25, 27, 30, 31р 33 и 35, Элементы структуры ФЧП могут быть реализованы на основе аналоговых, циф ровьЕх, аналого-цифровых интегральных схем. Например, блок 41 постоянных коэффищ1ентоп выполняется в виде резис тивных делителей напряже1шя5 програм мный переключатель 9 вида функции в виде запоминающих устройств на мик росхемах cepmi 565РУ2, переключатепи 21, 24, 25, 27, 30, 31, 33 и 35 - на микросхемах К155ИДЗ, 543КИ1, инверторы 26, 29, 34 и 38, сумматоры 4, .20, 28, 32, 37 и 39, масштабные усилители 22, 23 - на микросхемах 140УД7, 1ШЮЧИ 3, 6, 7, 11, 12, 16 и 17 - на микросхемах 543КИ1, интеграто ры 1.9, 14 - на оператщонных усилителях 140УД7 и конденсаторах . компараторы 2, 10 и 15 - на микросхемах 521СА2, триггер - на микросхеме К155ТВ1. Преобразователь работает следуюivf-iM образом (фиг, 2), Если в исходный момент времени на второй вход основного интегратора 1 подается входная промежуточная величина X,3 то происходит ее интегрирозагше в прямом направлении до уровня ограничения (фиг. 2а) компаратора 25 который, срабатывая, переключает триггер 5. Сигналом инверсного триггера 5 открывается ключ 3, сигналом прямого выхода открывается ключ 6 и закрывается ключ 7 первой функциональной ячейки 8, При этом на первый вход интегратора 1 через ключ 3 с выхода суммирующего масштабного усилителя 4 подается промежуточная величина Х, чем обусловливается инвертирование в обратном направлении в течение времени t, которое определяется последовательным интегрированием входных промежуточньсс переменных Х2,Х , X 4 - 5 блоках 8 и 13 преобразования напряжения в частоту. В результате равенства зарядов накопительного элемента интегратора 1 при прямом и обратном интегрировании можно записать. 1 t, где tj - период .следования выходных импульсов- (фиг. 2), откуда частота fv ФЧП определяется выражением f - Х, t X - Г Xо -о Временной интервал t, начинается в момент срабатывания ключей 6 и 7 в блоке 8 и подключения входной ромежуточной переменной Х„ к входу нтегратора 9. На выходе интегратоа 9 величина Х изме11яется по линейному закону до уровня ограниче1ШЯ Х (фиг., 26) компаратора 10, оторый срабатывая, закрывает ключ 12 и открывает ключ 11 в блоке 13. -ч, В этот момент переключается в реим прямого интегрирования интеграор 14 (фиг 2в), т.е. заканчиваетя временной интервал t, начинаетя tj, На выходе интегратора 14 веичина XK|.|| 2изменяется по линейному акону (фиг. 2в) до уровня ограничеия Х компаратора 15. Компаратор 5 срабатывает и через открытьм ключ 16 устанавливает триггер -5 по входу R в исходное состояние. Сигналом с инверсного выхода три гера 5 закрывается ключ 3, при этом заканчивается формирование вре менного интервала tp и основной интегратор 1 переключается в режим прямого интегрирования. Сигнал с прямого выхода триггера 5 закрывает ключ 6, и открывает ключ 7 первого блока 8, устанавливая интегратор 9 и компаратор 10. в исходное состоя ние (фиг. 2), при этом ключи 11 и 12, интегратор 14 и компаратор 15 второго блока 13 также устанавливаются в исходное состояние. Работа преобразователя в последу щих циклах происходит аналогично. При этом временной интервал t можно представить в виде to t + t,, где t;, Х2 Х х/г С и to- постоянные времени интегра торов 9 и 14 соответственн С учетом (3) и (4) выражение (2) принимает вид

f К

. ) где с ч 2 Выражение (5) получаем при установке ключей 16 и 17 в положение б (ключ 16 открыт, ключ 17 закрыт) Если с помощью .программного пере ключателя 19- вида функций по выходу 18 ключи 16 и 17 установить в положе ние а (ключ 16 закрыт, ключ 17 открыт),то вьфажение (5) примет вид f S. - t , х.х Покажем функщ1он.альные возможност преобразователя при воспроизведении функций, которые могут быть аппроксимированы рациональными дробями в соответствии .с табл. 1. Программным переключателем 19 вида функций по соответствующим выходам 48-55 переключатели 21, 24,

- li.2§X

(8) X 0,62-Х2 658 25, 27, 30, 31, 33 и 35 осуществляют подключение входной величины X и постоянных коэффициентов (0; 0,79, 1,OOJ 1,28; 1,80; 2,00; 2,80) блока 41 постоянньЕХ коэффициентов по соответствующим выходам 47, 46, 40, 45, 44, 43 и 42 к входам сумматоров и суммирующего масштабного усилителя 4, формируя входные промежуточные велиХ и Хг в соот 2 3 чины X, о ветствии с табл. На примере воспроизведения функ21Г .1,28 X tg ---X --|------. Из табл. 2 следует, что промежуточные переменные имеют следукш ге выражения:,79-(-Х; ,28,- ,79-Х. Подставляя их значения в выражение (6), получаем выражение (7) примет вид т.е. выходная частота f| преобразователя имеет шесть видов зависимостей от входной величины X (табл.1.). Таким образом, преобразователь позволяет реализовать шесть функциональных зависимостей f XStg-j 2x;x;t8 X;tg-5- XJcostX-,arctg2XV При этом переключение с одной функциональной зависимости на другую осуществляется программным способом.Технико-экономический эффект применения изобретения заключается в уменьшении количества оборудования на одну функциональную зависимость и повыщении быстродействия. Кроме того, преобразователь может быть изготовлен в интегральном исполне гаи и применен для решения спещальных задач.

Реализуемая функциональная зависимость

2X X2

F,

F -

te --. X -

211

30,62 - X2

(1-X)(1,8-X) 1-4X

cosiiX :i

1+X2

Ii.23x

arctgzx ct

2 X

F, X

Fg X 1

F, X 0,79-fX 1,28 0,79-X X 1-Х 2,8-X 1,8+X

1-4X. 1-Х 2

X

1-Х1-Х

1,93X 1-Х 21-Х1-Х

X

Таблица 1

Т,

измерения Погрешность приблиiвеличины женин, %

0,2

1 0,2

- 1 iO,2 0,5

. 0,98

0,2 0,5

0,17 0,5

0,33

Таблица 2

б б в а б б

аб

б б б б

б а б а б б а

бв

a

а б

a б б

аа

а а

в б

аб

аб

а