Цифровой измеритель скорости для микропроцессорных систем Советский патент 1986 года по МПК G01P3/489 

1 1

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в цифровых системах управления электроприводами промышленных роботов, станков с числовым программным управлением и др.

Цель изобретения - повышение точности и надежности за счет того, что измерение скорости проводится в ин тервале между (k+M последними импульсами дaтчi кa, предшествовавшими импульсу опроса от микроЭВМ.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема цифрового измерителя скорости; на фиг. 2 - схема датчика перемещения; на фиг. .3 блок синхронизации; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняюп ие работу блока синхронизации; на фиг. 5 блок объединения и временные диаграммы его работы; на фиг, 6 - блок начального сброса; на фиг. 7 - блок регистров; на фиг. 8 - схема ключа;, на фиг. 9 - схема арифметического блока; на фиг. 10 - схема мультиплексора; на фиг. 11 - схема блока управления .

Цифровой измеритель скорости содержит датчик 1 перемещения, генератор 2 импульсов, триггер 3, ключ 4, счетчик 5, блок 6 начального сброса, блок 7 задержки первую 8 и вторую 9 схемы И, блок 10 регистров, первый 11 и второй 12 мультиплексоры, арифметический блок 13 и блок 14 управле|НИЯ.

Первый выход датчика 1 перемещения подключен к первому входу первой схемы И 8 и входу блока I4 управления через блок 7 задержки, к второму входу ключа 4 и первому входу второй схемы И 9, второй и третий выходы датчика 1 перемещения соединены соответственно с 5 - и R -входами триггера 3, выход генератора 2 импульсов подключен к входу датчика 1 перемещения и первому входу ключа 4, выход блока 6 начального сброса соединен с третьим входом ключа 4 и вторым входом первой схемы И 8, первый и второй входы счетчика 5 подключены соответственн к первому выходу ключа 4 и выходу первой схемы И 8, а выход его - к первому входу блока О регистров, второй выход ключа 4 соединен с вторым входом второй схемы И 9, выход которой подключен к второму входу блока 10 регистров, первый

69028i

и второй входы первого мультиплексора I 1 соединены соответстве} ио с вторьгм и первым выходами блока 10 регистров, а третий вход - с первым 5 выходом блока 14 управления и вторым входом арифметического блока 13, первый и второй входы второго мультиплексора 12 подключены соответственно к арифметического блока 13 10 и второму выходу блока 10 регистров, первый вход арифметического блока 13 соединен с выходом первого мультиплексора 1 1 ,, третьи входы арифметического блока 13 и второго мульти15 плексора 12 подключены соответственно к второму выходу блока 14 управления и третьему выходу блока 10 регистров, третий выход блока 10 регистров вместе с выходами триггера 3 20 и второго мультиплексора 12 соединен с выходной шиной, третий выход блока 14 управления подключен к шине требование обслуживания.

Датчик 1 перемещения содержит 25 преобразователь Перемещение. - число импульсов 15, блок 1 6 синхронизации и блок 17 объединения, причем первый и второй выходы преобразователя Перемещение - число импульсов 15 сое30 динены с первым и вторым входами блока 16 синхронизации, третий вход которого подключен к входу датчика 1 перемещения, первый и второй выходы блока 16 синхронизации соединены со35 ответственно с первым и вторым входами блока 17 объединения, выход которого подключен к первому выходу датчика 1 перемещения, второй и третий выходы датчика 1 перемещения сое40 динены соответственно с первым и вторым выходами блока 16 синхронизации.

Арифметический блок 3 содержит арифметико-логическое устройство 18 (АЛУ), инвертор 19 и регистр 20, причем первый вход арифметического блока 13 соединен с вторыми информационными входами АЛУ 18, а его второй вход подключен к третьему и через инвертор 19 к четвертому входам управ50 ления AJiy 18, выход регистра 20 соединен с первыми информационными входами АЛУ I8 и выходом арифметического блока 13,, первый вход регистра 20 подключен к выходу АЛУ 18, а второй

55 вход - к третьему входу арифметического блока 13.

Датчик 1 перемещения преобразует : перемещение в последовательность им3пульсов, синхронизированных с импул сами генератора 2 импульсов. Преобразователь Перемещение число импульсов 15 формирует две последовательности импульсов, сдвин тых по фазе на четверть периода. Блок 16 синхронизации (фиг.З) осуществляет электрическое деление цены инкремента преобразователя 15 и обеспечивает синхронизацию. В зависимости от сигналов на входах блока 16 синхронизации на одном из его выходов появляются импульсы, а на другом - постоянный уровень логичес кой 1. Блок 17 объединения (фиг,5) осуществляет объединение импульсов с выходов блока 16 синхронизации и коррекцию датчика 1 перемещения при реверсе объекта управления. Триггер 3 формирует разряд выход ного кода, указывающий на знак скорости объекта управления. Блок 6 на чального сброса осуществляет началь ньй запуск цифрового измерителя cjcoрости /фиг.6). Счетчик 5 подсчитывает число импульсов от генератора 2 импульсов за интервал времени t, меж ду двзмя импульсами от датчика 1 перемещения . Счетчик 5 включен с инвер тором на втором входе. Блок 10 регистров (фиг.7) осуществляет хранение кода перемещения объекта управле ния за каждые k последних интервалов между импульсами от датчика 1 переме щения, предшествовавших текущему моменту времени, а также управляет ра ботой второго мультиплексора 12. Ключ 4 совместно с блоком Задержки 7 и «первой 8 и второй 9 схемами И управляет работой счетчика 5 и бло ка 10 регистров (фиг.В). Арифметический блок 13 (фиг.9/ формирует код скорости по следующему алгоритму: 4u. - .-r j 1 )(4i .i - КОД, формирующийся в ариф метическом блоке 13 после прихода очередного импульса от датчика 1 перемещения ; NJ-; - КОД, хранившийся в арифметическом блоке I3 до прихода очередного импульса от датчика I перемердения;;«;-U1 гп оД сформированный счетчиком 5, за интервал времени между 28 днумя последними импульсами от датчи ка 1 перемещенияi i - частота генератора импульсов 2; N;.|(, - код счетчика за интервал времени с порядковым номером на k меньшим, чем номер рассматриваемого интервала. Мультиплексор 11 служит для последовательной подачи в арифметический блок 13 кодов N j, и Nj, . Информа- ция на выходную шину поступает через мультиплексор 12. Структура мультиплексоров 11 и 12 одинакова (фиг.10 ). Блик 14 управления (фиг.11/ служит для управления работой первого мультиплексора 11 и арифметического блока 13, а также формирует сигнал, помещаемый на шину Требование обслуживания. Цифровой измеритель скорости работает следующим образом. При включении питания либо.по сигналу оператора блок начального сброса 6 формирует импульс, устанавливаю- щий триггер ключа 4 и счетчик 5 в ноль, в результате чего импульсы от генератора 2 импульсов через ключ 4 и вторую схему И 9 поступают на второй вход блока 10 регистров и происходит обнуление последнего. По приходе первого импульса с первого выхода датчика 1 перемещения триггер 4 устанавливается в 1, же импульс после задержки поступает на первый вход первой схемы И 8 и на вход блока 14 управления, в результате чего происходит сброс счетчика 5, обнуление арифметического блока и последовательность импульсов частоты поступает с выхода ключа 4 на суммирующий вход счетчика 5. После прихода каждого последующего импульса с первого выхода датчика 1 перемещения повторяется следующий цикл. №1пульс с первого выхода датчика 1 перемещения поступает на второй вход ключа 4 и через вторую схему И 9 на второй вход блока 10 регистров. При этом состояние ключа 4 не изменяется в процессе работы, а в блок 10 регистров записан код скорости, сформированный в счетчике 5. После задержки, величина которой обусловлена временем записи в блок 10 регистров, импульс от датчика 1 перемещения поступает на счетчик 5 и обнуляет его. После чего счетчик 5 начинает формирование кода скорости нового временного интервала. Этот же импульс поступает на вход блока 14 управления и устанавливает триггер 21 в I. Сигнал с выхода триггера 21 поступает на третий вход первого мультиплексора 11 и на второй вход арифметического блока 13, в результате чего на втором входе АЛУ 18 появляется через мультиплексор 11 код Hi.kvt ., а на управляющих третьем и четвертом входах AJiy 18 появляется код - ОС 110, соответствующий выполнению AJ13 1В операции вычитания. С задержкой в блоке 24 импульс переводит триггер 21 в О, триггер 22 в 1, и через схему И 23 поступает на трети вход записи арифметического блока 13. Величина задержки блока 24 определяется временем вьтолнения операции вы читания в А)1У 18. Б регистр 20 записан код (Nj; -N;.(+,). С третьего выхода блока 14 управления на шину Требование обслухсивания подается сигнал, запрещающий съем информации с выходной шины цифрового измерителя скорости. Нулевой уровень на выходе триггера 21 обеспечивает подачу через мультиплексор 11 на второй вход AJiy 18 кода N;, и на третий и четвертый управляющие входы АЛУ 18 кода 11 oof, соответствующего операции суммирования. С задерлжой, определяе мой в блоке 25, импульс устанавливает триггер 22 в О и проходит через схему И 23 на третий вход арифметического блока 13. Величина этой задержки определяется временем вьтолне ния операхщи суммирования в АЛУ 18. По фронту импульса с второго выхода блока 14 управления в регистр 20 арифметического блока 13 записан код , + . 21 - i-k+. +NUr . который там хранится до прихода следующего импульса с первого выхода датчика 1 перемещения. С третьего выхода блока 14 управления сигнал посту пает на шину Требование обслуживания и разрешает съем информаыд1и с выхода цифрового измерителя скорости. Код скорости поступает на выход цифрового измерителя скорости через второй мультиплексор 12. При этом возможны два случая. В зоне реверса при малых скоростях код U|, имеет в старших разрядах одну или несколько единиц. На третьем выходе блока 10 регистров .

имеется уровень логической 1, который, поступая на управляющий третий вход второго мультиплексора 12,подключает к выходу мультиплексора 12

его вторые входы. На выходе цифрового измерителя скорости имеется код скорости Ni, , поступающий с вторых выходов (Злока 10 регистров, т.е. определение кода скорости происходит

по одному, последнему, интервалу измерения 6; 4)

в случае, если в заданном количестве старших разрядов кода все нули, то на третьем выходе блока 10

регистров имеется уровень логического О, который, поступая на третий управляющий вход мультиплексора 12, подключает к его выходу первые входы. На выходе цифрового измерителя скорости имеется код, поступающий с выхода арифметического блока 13Nj-., , т.е. оценка скорости происходит по k интервалам измерения. При работе устройства на одном из выходов блока 16 синхронизации в зависимости от знака скорости объекта управления имеются импульсы, на другом - постоянный уровень логической 1. Сигналы с первого и второго выходов блока 16 синхронизации поступают соответственно на 5 - и R -входы триггера 3, что дает возможность выделить знак скорости объекта управления. Выход триггера 3 является знаковым разрядом сформированного кода скорости. Таким образом, на выходе предлагаемого цифрового измерителя скорости имеется код знака скорости объекта управления, код модуля скорости N 51 +, либо N j. код алгоритма получения кода скорости, получаемый с третьего выхода блока 10 регистров, а также сигнап разрешающий либо запрешающий считывание информации с выхода цифрового измерителя скорости. Формула изобретения Цифровой измеритель скорости для микропроцессорных систем, содержащий датчик перемещения, генератор импульсов, триггер, ключ, счетчик, причем выход генератора импульсов через ключ подключен к первому входу счетчика, первый и второй выходьт датчика перемещения соединены соответственно с вторым входом ключа и 5 -входом

триггера, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности, в него введены блок начального сброса, блок задержки, первая и вторая схемы И, блок регистров, первый и второй мультиплексоры, арифметический блок и блок управления, причем первый выход датчика перемещения через блок задержки подключен к входу блока управления и первому входу первой схемы И, второй вход которой соединен с выходом блока начального сброса и третьим входом ключа, второй вход счетчика подключен к выходу первой схемы И, а выход - к перво му входу блока регистров, первый выход датчика перемещения и второй вьгход ключа через вторую схему И соединены с вторым входом блока регистров первый и второй выходы которого через первый г льтиплексо подключены

к первому входу арифметического блока, первый и вторые входы второго мультиплексора соединены соответственно с выходом арифметического блока и вторым выходом блока регистров, третьи входы первого и второго мультиплексоров подключены соответственно к первому выходу блока управления и третьему выходу блока регистров, третий выход датчика перемещения сое динен с R -входом триггера, а вход его - с выходом генератора импульсов, второй и третий входы арифметического блока подк;вочены соответственйо к первому и второму выходам блока управления, выходы триггера, второго мультиплексора и третий выход блока регистров подключены к выходной шине, а третий выход блока управления - к шине Требование обслуживания .

Изобретение относится k области автоматики и позволяет повысить точность и надежность работы устройства, которое содержит датчик 1 перемещения , генератор 2 импульсов, три1- гер 3 сброса, блок 7 задержки, схемы И 8 и 9, блок 10 регистров, мультиплексоры 11,12, арифметический блок 13 и блок 14 управления. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет производить измерение скорости в интервале между последними импульсами датчика, предшествовавшими импульсу опроса от микроЭВМ. При работе устройства на одном из выходов блока 16 синхронизации в зависимости от знака скорости объекта управления имеют импульсы, а на другом выходе - постоянный уровень логической 1. Сигналы с выходов блока 16 § синхронизации поступают соответствен(Л но на R - и 6 -вхрды триггера 3, что дает возможность вьаделить знак скорости объекта управления. Выход триггера 3 является знаковым разрядом сформированного кода скорости.11 ил. фиэ. 1

.2

игЛ

Ti

г

7

/

17

7U

tA

LL

1Г

114

I-I Г.

Г

IPU2.5

фиг. 6

фиг 7

фиг. 8

-:f

18

/

Л J

.

20

uJ

(риг.Ю

(J)U8.f