Преобразователь угла поворота вала в код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/28 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровьм вычислительным устройством.

Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможностей преобразователя угла поворота вала в код.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - структурная схема формирователя кода октантов; на фиг. 3 - временная диаграмма работы преобразователя.

Преобразователь угла поворота.вал в код содержит формирователь 1 переменного напряжения, синусно-косинус- ный вращающийся трансформатор (СКВТ) 2, блок 3 одновибраторов J состоящий из двух последовательно соединенных одновибраторов, регистр 4 последовательного приближения, формирователь 5 кода октантов, первый 6 и второй 7 вьтрямители, блок 8 инверторов, блок

9элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый

10и второй 11 блоки памяти, коммутатор 12, первый 13 и второй 14 диф- роаналоговые преобразователи (ЦАП), первый 15 и второй 16 компараторы,

первый 17, второй 18 и третий 19 регистры.

Формирователь 1 переменного напряжения содержит последовательно соединенные генератор 20 импульсов, де- литель 21 частоты и усилитель 22 мощности.

Коммутатор 12 содержит инвертор 23, первый 24 и второй 25 блоки элементов И-ИЛИ.

Формирователь 5 кода октантов содержит первый 26 и второй 27 компараторы, первый 28, второй 29, третий 30 и четвертьй 31 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Усилитель 22 мощности может быть вьтолнен на двух переключателях по мостовой схеме, в диагональ которой включена первичная обмотка СКВТ 2. Управление переключателями производится выходными сигналами делителя 2 частоты.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

Генератор 20 вырабатьгоает тактовы импульсы (фиг. За). В делителе 21 формируются прямоугольные импульсы скважностью 2 с частотой напряжения

питания СКВТ 2, которые усиливаются по мощности в усилителе 22 (фиг. Зб). На выходе СКВТ 2 формируются прямоугольные импульсы (фиг. Зв), промоду- лированные по амплитуде в функции синуса и косинуса угла 9 поворота вала СКВТ 2. Выпрямители 6 и 7 осуществляют двухполупериодное выпрямление выходных сигналов СКВТ 2 (фиг. Зг и Зд, Одновременно к омпа- раторы 26 и 27 формирователя 5 вырабатывают единичные сигналы, соответствующие положительным полупериодам выходных напряжений СКВТ 2.

На выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, 30 и 31 формируются логические сигналы, соответствующие значениям первого, второго и третьего разрядов кода угла 0 (код октанта), причем значение первого (старшего) разряда совпадает со знаком функции sin6, а на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 формируется логический сигнал, соответствующий знаку функции cosS, т.е.

Uj8 Us,

U -U e-Ujg

и,, -и,,

из. и.

и

io

5

Значения логических сигналов в диапазоне О - 2 при единичном и нулевом выходных сигналах делителя 21 приведены в таблице.

Выходные напряжения выпрямителей 6 и 7 сравниваются на компараторе 16, в результате чего на его выходе фор-j мируется логический сигнал, принимающий следующее значение:

и,б 0, если , ; U,, 1 , если

и.

и,б-1

0

если ; б и .

Первый одновибратор блока 3

запускается по фронту сигнала на каждом полупериоде выходного напряжения делителя 21 частоты. На выходе блока 3 одновибраторов через время t ,, , рав5 ное времени нарастания выходных напряжений СКВТ 2 до установившегося значения, формируется импульс отрицательной полярности (фиг. Зё).

В регистре 4 обеспечивается режим

0 поразрядных уравновешиваний.. Цифровые выходы регистра 4 подключены к входам блока 11 памяти непосредственно и через блок 8 инверторов - к входу блока 10 памяти. В блоках 10

5 и 11 записаны,табличные значения функции sin от О до Y7/2 и от /2 до 1 при изменении входного кода от нулевого до максимального значения (например, БИС К505РЕЗ 0068-0071).

При этом на выходах блоков 10 и 11 формируются коды co3N и sinN в пределах первого октанта.

В первом, четвертом, пятом и восьмом октантах на выход блока 25 проходит код с выхода блока 11 памяти, а на выход блока 24 - код с выхода блока 10 и наоборот, во втором, третьем, шестом и седьмом октантах на Выход блока 25 проходит код с выхода Ьлока 10, а на выход блока 24 - код с выхода блока И, т.е.:

W,,,.sinN, N cosN в первом.

25 четвертом, пятом и восьмом октантах;

N-J cosN, N sinN во втором, третьем, шестом и седьмом октантах.

На выходах ЦАП 14 и 13 формируются аналоговые сигналы, равные произведению сигналов на их цифровых и аналоговых входах.

На выходе компаратора 13 формируется сигнал, пропорциональный разности выходных напряжений ЦАП 13 и14

Полученное рассогласование сводится к нулю по методу поразрядных уравновешиваний в регистре 4, который запускается на каждом полупериоде сигнала делителя 21. Поразрядные уравновешивания осуществляются на интервале A t, когда выходные сигналы СКВТ 2 остаются неизменными во времени. Каждый цикл преобразования состоит из m тактов (фиг. Зж и Зз). По окончании последнего такта на циклическом выходе регистра 4 формируется нулевой логический уровень (фиг. Зи) При этом код N на выходе регистра 4 связан с модулем синуса и косинуса sinYHsinQl, coslf lcoB91 соотношением f

в первом, четвертом, пятом и восьмом октантах;

N « /2- во втором, третьем, шее-- том и седьмом октантах.

Выражение для 0 можно записать в следующем виде:

9 5i /4 (п-1 )+N в нечетных октанта

& Я /4 (п-1 )+N в четных октантах; где N - инверсное значение выходного кода регистра 4 определяемое выражением N A /4-N.

Код с выхода регистра 4 поступает на вход блока 9, другой вход которого управляет третьим разрядом кода угла. При этом на выход блока 9 в нечетных октантах проходит прямой код

N, а четных октантах - инверсный код N. Код угла с выхода блока 9 совместно с кодом октантов представляют код угла в в диапазоне О - 2. На выходах блоков 25 и 24 формируются коды модулей синуса и косинуса угла S

N„5 sin)f lsin9l, N cosy lcosei .

5

0

0

5

0

Коды модулей и знаки функций sin6 и COS0, а также код угла ft записываются в регистры 19, 18 и 17 по отрицательному фронту импульса с циклического выхода регистра 4,

Расширение функциональных возможностей преобразователя за счет получения кодов синуса и косинуса угла вполне обосновано при использовании подобных устройств, например, для формирования развертывающих напряжений электронно-лучевой трубки, которые формируются путем перемножения кодов синуса и косинуса с пилообразным напряжением, прикладываемым к аналоговым входам умножающих ЦАП.

Поскольку преобразователь включается на каждом полупериоде изменения напряжения питания СКВТ 2, быстродействие его при одинаковой частоте напряжения питания повьшхается в два раза. За счет параллельного формирования трех старших разрядов кода угла достигается сокращение длительности цикла преобразования.

Статическая погрешность преобразователя обусловлена в основном погрешностью ЦАП 13 и 14 и выпрямителей 6 и 7.

Поскольку в преобразователе исключены блоки выборки - хранения, то и исключены их инструментальные погрешности, которые больше погрешностей выпрямителей.

45 Формула изобретения

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий формирователь переменного напряжения, первьш и второй выходы которого подключены к входам синусно-косинусного вращающегося трансформатора, блок одновибраторов, регистр последовательного приближения, группа выходов которого через блок инверторов подключена к входам первого блока памяти, второй блок па мяти, первый и второй цифроаналого- вые преобразователи, выходы которых подключены к входам первого компара.тора, выход первого компаратора подключен к информационному входу регистра последовательного приближения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и расширения функциональных возможностей преобразователя, в него введены первый и второй выпрямители, формирователь кода октантов, коммутаторj второй компаратор, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый, второй и третий регистры, первый и второй выходы синусно-кисинусного вращающегося трансформатора подключены к входам первого и второго выпрямителей соответственно и к первому и второму входам формирователя кода октантов, третий вход которого соединен с третьим выходом формирователя переменного напряжения, четвертый вход - с выходом второго компаратора, а первый, второй и третий выходы подключены к входам старших разрядов первого регистра, выходы первого и второго выпрямителей подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно и к входам второго компаратора, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, первая и вторая группы информационных входов коммутатора соединены соответственно с выходами первого и второго блоков памяти, первая группа входов коммутатора подключена к цифровым входам первого цифро- аналогового преобразователя и к группе входов второго регистра, вторая группа выходов коммутатора подключена к цифровым входам второго цифро- аналогового преобразователя и к группе входов третьего регистра, группа выходов регистра последовательного приближения подключена к входам второго блока памяти и к информационным входам блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которого подключены к входам младших разрядов первого регистра, первый, третий и четвертый выходы формирователя кода октантов подключены соответственно к знаковому разряду третьего регистра, к управляющему входу блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к знаковому разряду второго регистра, третий выход формирователя переменного напряжения подключен к входу блока одновибрато- ров, выход которого и четвертый выход формирователя переменного напряжения подключены соответственно к установочному и тактовому входам регистра последовательного приближения, выход которого подключен к синхрони- зирующим входам первого, второго и третьего регистров,

2,Преобразователь по п. 1, о т - личающийся тем, что формирователь переменного напряжения содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты и усилитель мощности, выходы которого являются первым и вторым выходами формирователя .переменного

5 напряжения, третьим и четвертым выходами которого являются соответственно выходы делителя частоты и генератора импульсов,

3,Преобразователь по п, 1, о т- 0 личающийся тем, что коммутатор содержит инвертор, первый и второй блоки элементов И-ИЛИ, каждый из которых содержит первый и второй управляющие входы и первую и вторую

группы информационных входов, вход инвертора является управляющим входом коммутатора и подключен к первым управляющим входам первого и второго блока элементов И-ИЛИ, а вы- ход инвертора подключен к вторым управляющим входам первого и второго блока элементов И-ИЛИ, первая группа информационных входов второго блока элементов И-ИЛИ соединена с второй 5 группой информационных входов первого блока элемента И-ИЛИ и является первой группой информационных входов коммутатора, первая группа информационных входов первого блока элемен- 40 тов И-ИЛИ соединена с второй группой информационных входов второго блока элементов И-ИЛИ и является второй группой информационных входов коммутатора, а выходы первого и второго 45 блоков элементов И-ИЛИ являются соответственно, первой и второй группой выходов коммутатора, 1

4. Преобразователь по п, 1, о т - 20 личающийся тем, что формирователь кода октантов содержит первый и второй компараторы, первый, второй, третий и четвертый элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые входы перво- сс- го и второго компараторов являются соответственно, первым и вторым вхо- дами формирователя кода октантов, вторые входы первого и второго компараторов подключены к общей шине.

а выходы первого и второго компараторов подключены к одним входам первого и йторого элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, другие входы которых объединены и являются третьим входом формирователя , а выходы подключены к входам третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к од06988

ному входу четвертого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого является четвертым входом формирователя, выходы первого, третьего, чет- .5 вертого, второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ являются соответственно, первым, вторым, третьим и четвертым выходами формирователя кода октантов.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством. С целью повьш1ения точности, быстродействия и расширения функциональных -возможностей в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий формирователь 1 переменного напряжения, синусно-косинусный. вращающийся транс- форматор 2 (СКВТ), блок 3 одновибра- тора, регистр 4 последовательного приближения (РПП), первый 10 и второй II блоки памяти, первый 13 и второй 14 цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый компаратор 15, введены первый 6 и второй 7 выпрямители, формирователь 5 кода октантов, коммутатор 12, второй компаратор 1б, блок 9 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ РШИ, первый 17, второй 18 и третий 19 регистры. Прямоугольные сигналы с выхода формирователя I переменного напряжения поступают в первичную обмотку СКВТ. Выходные напряжения СКВТ приводятся в первый квадрант двумя двухполупериодными выпрямителями 6, 7, выходные напряжения которых перемножаются на двух ЦАП 13, 14 с кодами модулей синуса и косинуса, получаемых путем распространения октант- ных функций, записанных в двух блоках памяти 10, II на угол, приведенный в первый квадрант. Разность между выходными напряжениями двух ПАП сводится к нулю в РПП 4, который запускается на каждом полупериоде напряжения питания СКВТ. Выходной код РПП при помощи блока элементов ИСЮЖ)- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, управляемого младшим разрядом кода октантов, преобразуется в код угла СКВТ в пределах первого октанта. Знаки синуса и косинуса выявляются на компараторах, а код октантов формируется по знакам и соот ношению модулей синуса и косинуса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. S (Л IND 00 00

Г Л

fui.Z

Редактор А, Ренин

Составитель А. Смирнов Техред В.Кадар

Заказ 7133/58 Тираж 816Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, А

Фиг.5

Корректор Е. Ропко