Устройство для функционального преобразования ШИМ-сигналов Советский патент 1986 года по МПК G06F17/10 

вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход первого элемента ИЛИ соединен с тактовым входом четвертого преобразователя код-частота, выход которого соединен с входом сложения второго реверсивного счетчика, входы сложения

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для вычисления функций, при задании аргумента в широтно-импульс- ной форме.

Целью изобретения является повышение точности преобразования ШИМ- сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый преобразователя 1-4 код-частота, первый и второй сумматоры-вычитатели 5 и 6, первый я второй реверсивные счетчики 7 и 8, первый, второй и третий элементы И 9-11, элемент НЕ 12 и первый и второй элементы ИЛИ 13 и 14, причем вход 15 аргумента устройства соединен с входом элемента НЕ 12, с первым входом третьего элемента И 11 и первым входом первого элемента И 9, выход которого соединен с входом сложения первого реверсивного счетчика 7, разрядные выходы которого соединены соответственно с информационными входами второго преобразователя 2 код-частота и с вычитающими входами первого сумматора- вычитателя 5, разрядные выходы которого соединены соответственно с информационными входами первого преобразователя 1 код-частота. Тактовые входы первого, второго и третьего преобразователей 1-3 код-частота, соединены соответственно с входами 16-18 первой, второй и третьей опорных частот устройства. Выход первого преобразователя 1 код-частота соединен с вторым входом первого элемента И 9, выходы второго и третьего преобразователей 2 и 3 код- частота соединены соответственно

первого сумматора-вычитателя соединены соответственно с входами сложения второго сумматора-вычитателя, выходы второго и третьего преобразователей код-частота соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого является выходом устройства.

5

0

5

0

5

0

с входами вычитания первого и второ- го реверсивных счетчиков 7 и 8 и с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ 14. Выход четвертого преобразователя 4 код-частота с входом сложения второго реверсивного счетчика 8, разрядные выходы которого соединены соответственно с информационными входами третьего преобразователя 3 код-частота и с вычитающими входами второго сумматора- вычитателя 6, разрядные выходы которого соединены соответственно с информационными входами четвертого преобразователя 4 код-частота, вход 19 четвертой опорной частоты устройства соединен с вторым входом третьего элемента И 1, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 13. Выход первого элемента ИЛИ 13 соединен с тактовым входом четвертого преобразователя 4 код-частота. Второй вход первого элемента ИЛИ 13. соединен с выходом второго элемента И 10, первьй вход, которого соединен с входом 20 пятой опорной частоты устройства, а второй вход второго элемента И 10 соединен с выходом элемента НЕ 12, Вход 21 кода масштаба устройства соединён соответственно с суммирующими входами первого и второго сумматоров- вычитателей 5 и 6. Выход второго элемента ИЛИ 14 является выходом 22 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходный момент времени реверсивные счетчики 7 и 8 обнулены. На вход 21 подается код масштаба N, на вход 15 - широтно-импульсный сигнал с относительной длительностью Q, а на входы 16-20 - соответственно

импульсные последовательности опорных частот f , f , „, , „4 , „5 , при этом с целью исключения наложе- ния импульсных сигналов данные опорные последовательности должны быть сдвинуты по фазе одна относительно другой на время, равное или превышающее время срабатывания реверсивны счетчиков. Преобразователи 1-4 осуществляют линейное преобразование кода в частоту, т.е. вырабатывают импульсные последовательности с частотами, средние значения которы с пропорциональны соответствующим управляющим кодам.

Первый же , появившийся на выходе элемента И 9, записываетс по входу сложения в реверсивный счетчик 7. Преобразователь 2 начинает вырабатывать импульсную после- довательность, так как управляющий им код с выхода реверсивного счетчика 7 отличен от нуля. Импульсная последовательность с выхода преобразователя 2 поступает на вычитающий вход счетчика 7 и на первый вход элемента ИЛИ 14. Одновременно код с выхода счетчика 7 поступает на вычитающий вход сумматора-вычитател 5, При этом управляющий код на пре- образователе 1, равный разности между кодом масштаба и выходным кодом счетчика 7, уменьшается, что приводит к уменьшению количества импульсов, поступающих на суммирующий вход реверсивного счетчика 7 через элемент И 9 во время действия широтно-импульсного сигнала аргумента.

Аналогично работает и счетчик 8, в прямую цепь которого включены сумматор-вычитатель 6, преобразователь 4 код-частота, элементы И 10 и 11, элемент НЕ 12 и элемент ИЛИ 13, а в обратную - преобразователь 3 код-частота. Отличие состоит в широтно-импульсном управлении импулсным потоком, поступающим на сумми- рующий вход реверсивного счетчика 8 С помощью элементов И 10 и 11, элемента НЕ 12 и элемента ИЛИ 13 осу- ществляется подача на частотный вход преобразователя 4 в течение времени действия широтно-импульсног сигнала аргумента опорной импульсно последовательности с частотой f, , при отсутствии широтно-импульсного сигнала аргумента подается импульсная последовательность с частотой

д. На выходе элемента ИЛИ 14 формируется импульсная последовательность с частотой, равной сумме частот импульсных последовательностей, формируемых преобразователями 2 .

В основу работы устройства положен итеграционный принцип усреднения импульсньа: потоков с использованием частотно-импульсной следящей системы. В качестве схемы сравнения, вырабатывающей сигнал рассогласования, используется реверсивный счетчик. В устройстве два независимых контура работают параллельно: первый выполнен на основе реверсивного счетчика 7, второй - на основе реверсивного счетчика 8. С помощью этих счетчиков осуществляется вычитание поступающих на их входы частот импульсных потоков и интегрирование полученной разности с выдачей результата в виде двоичного кода.

Условием динамического равновесия устройства является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей в каждом реверсивном счетчике в течение первого следования щиротно-импульсных сигналов аргумента, т.е. равенство средних значений частот импульсных последовательностей, поступающих на суммирующие и вычитающие входы счетчиков.

Условием динамического равновесия реверсивного счетчика 7с учетом функциональных характеристик преобразователей 1 и 2, сумматора- вычитателя 5 и элемента И 9 является

Q(N - N,)||J- N,- 1,

(1)

где Ny - выходной код реверсивного счетчика 7;

N - код масштаба;

Q - относительная длительность входного ШИМ-сигнала;

п - разрядность преобразователей 1 и 2 код-частота.

Из выражения (1) не трудно определить среднее значение выходного кода реверсивного счетчика 7

JJ №-- (2)

7 f,, + fo, q

с учетом линейного.закона преобразования код-частота на выходе преобразователя 2 сформируется импульсный поток со средней частотой

(3)

9 - .2:. С - пп с J.

2 foa + fo. Q

121

Условием динамического равновесия счетчика 8 с учетом того обстоятельства, что во время действия входного ШИМ-сигнала на частотный вход преобразователя 4 поступает опорная частота fо4 о время его отсутствия - опорная частота f, является

Fof 2 L

(1 - Q)foJ

(4)

N --22. 8

тде N - выходной код реверсивного

счетчика 8; п - разрядность преобразовате-

лей 3 и 4 код-частота. Из уравнения (4) с учетом линейного закона преобразования код-частота преобразователя 3 средняя частота импульсного потока, формируй..сго на его выходе, равна

Qfo.

(i-a)i

05

ionio4a4 -alio5

(5)

1749

Принимая .во внимание выражения (3) и (5), получаем среднюю частоту выходного импульсного потока в- виде

. N o.foaa ftia4Ч - i)o5 1 ,,. ,io4a4l-0).f,J.

В р езультате нормирования частот по отношению к максимальному значению частоты Fg

макс

ВЫХОДНОЙ импульс15

10 ной последовательности получаем

1-в.Ио5

FZ м ЧоДой 1 ( Чс..1,а 1

аЧ1-а)1о5

(7)

Значение „, „; /Fj- „, , Обозначим Q X, тогда при f,

f t fflZ z 03 3 04 4

fp5 получаем рациональную функцию

2 FZ / - oiiaj „ g x-t-lt-xlotg

:::: -Rlx.a)+«4Г.-:)

(8)

с.,т1.г.С««

2 ппох

сотЪрая аппроксимирует функцию V , Чзс при X 0,1; 1,0 с погрешностью, не превьшающей 0,02%.

ВНИИПИ Заказ 642/54/ Тираж, 673 Подписное Фштиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4