Функциональный преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G06G7/24 

1128

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использована в различных функциональных устройствах вычислительных, информационных, управляющих и моделирующих систем.

Цель изобретения - повышение быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повышении точности.

На фиг.I приведена функциональная схема преобразователя; на фиг,2 - его статическая характеристика

ибы f («,).

Функциональный преобразователь

(фиг.1) содержит генератор тактовых импульсов I , первый и второй масштаб ные усилители 2 и 3, реверсивный счетчик 4, трехпозиционньм релейный элемент 5, первый 6 и второй 7 циф- роаналоговые преобразователи, двоично-десятичный дешифратор 8, блок 9 формирования гиперболы.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

В основе функционирования аналого цифрового гиперболического преобразователя (фиг.1) лежит поддержание напряжения на входе блока 9 формирования гиперболы в постоянных пределах, ограниченных нижним и верхним преде

ламй срабатывания U, и U трехпози ционного релейного элемента 5 при изменении информационного сигнала на входе преобразователя.

В соответствии с принципом работ при изменении входного напряжения Ug на октаву изменение коэффициентов передачи первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей происходит также в пределах октавы и производится по командным сигнала поступающим с выхода трехпозицион- ного релейного элемента 5. Моменты переключения последнегоs определяющие в конечном итоге работу реверсиного счетчика 4 в режиме сложения, вьиитания или хранения записанной информации, зависят от выбора порогов срабатьгоания 3-.Трехпози- ционный релейный элемент 5 выполняет функции коммутатора импульсов с выхода генератора t на вход ело - жения или вычитания реверсивного счетчика 4.

При величине напряжения на выход первого масштабного усилителя 2 в пределах между Ur,, и число им

0

5

0

5

0

5

0

5

пульсов, записанных в реяерсиБНОм счетчике 4, сохраняется неизменным. При увеличении этого напряжения вьше уровня и, трехпозиционный релейный элемент 5 вырабатывает командный сигнал, в соответствии с которым импульсы с выхода генератора -1 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 4. Процесс уменьшения числа импульсов записанных в счетчике 4, происходит до тех пор, пока за счет уменьшения коэффициента передачи первого ЦАП 6 напряжение на входе блока 9 формирования гиперболы не примет значения, находящегося между

п И и,, .

Уменычение напряжения на входе преобразователя вызьшает уменьшение напряжения на выходе масштабного усилителя 2. Когда зто напряжение станет меньше уровня U, ,трехпозиционный релейный элемент 5 вырабатывает командный сигнал, в соответствии с которым импульсы с выхода генератора 1 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 4. Процесс увеличения числа импульсов, записанных в счетчике 4, происходит до тех пор, пока за счет увеличения коэффициента передачи первого ЦДЛ 6 напряжение на входе блока 9 формирования гиперболы не достигнет уровня, находяш;егося между значениями Ut,, и Uf,j, ,

Максимальное число записанных в реверсивном счетчике 4 импульсов соответствует числу октав, в пределах которых изменяется входной сигнал. Так, при изменении , в пределах 0,1 - 10В (семь октав, две декады) число импульсов в реверсивном счетчике 4 изменяется в пределах 4 - 10.

Для реализации принципа работы преобразователя необходимо обеспечить однозначное соответствие между числом записанных в реверсивном счетчике импульсов и номером включенного при данных значениях U разряда каждого из двух ЦАП. В семи- октавном преобразователе, в частности, на первой октаве Ъ цк 0,078125 т 0,15625 В, число импульсов, записанных в реверсивном счетчике, равно 10, а коэффициент передачи первого и второго десятиразрядных ПАП T-Li 0,5, поскольку при этом должны быть включены только их десятые разряды. Для седьмой

октаны , тог ич 11чг показател имеют значения 1 5 - 10 В , число ихпуль- сов в счетчике - 4, / i 2 0,0078125.

Указанное соответствие между числом импульсов в реверсивном счетчике 4 и номером вк. гиченного при этом разряда кажл,ог-о из двух ПАП 6 и 7 обеспечивается с помощью цвотАо- десяти }ного дешифратора 8 ,

Функционирование дискретной системы обратной связи, реализующей принцип регулируемого коэффициента передачи, поддерживает напряжение на входе блока 9 формирования гиперболы в постоянных переделах во всем диапазоне изменения входного сигнала преобразователя. Это, в свою очередь, однозначно определяет изменение напряжения на выхоле блока 9 формирования гиперболы также в постоянных пределах.

За счет выбора соответствующего . значения коэффициента передачи диапазон изменения напряжения на выходе блока 9 формирования гиперболы может быть смещен в ту часть шкалы выходных напряжений, где вычисление выходной функции происходит с минимальной погрешностью (фиг,2),

Второй НАЛ 7, подключенный своим входом к выходу блока 9 формирования гиперболы, и масштабный усилитель 3, выход которого является выходом преобразователя, позволяет привести в соответствие масштабы выходной функции и входного сигнала на каждой ок-- таве с одновременным уменьшением погрешности преобразования.

Гладкий характер выходной функции в предлагаемом функциональном преобразователе достигается за счет того, что собственно гиперболическое преобразование производится аналоговым устройством - блоком 9 формирования гиперболы.

Обозначим напряжения на входе и выходе преобразователя как U и Ugy., а напряжения на выходах первого 1ДП 6, первого масштабного усилителя 2, блока 9 формирования г -терболы, второго иДП 7, второго масштабного усилителя 3 и коэффициенты их передачи как, соответственно, , U и К , А, Uj и , IIg,j,,i К.

Тогда действительны следующие соотношения :

и Г1 и,,; и К, и, rit

Us А/и,; U.i TaUg;

ь К., „ /И, , паи с учйтсхм значения IL тюлучим l .s,f А К,/ГЧК, l4.

Поскольку , то и

лыГ

А

,i

/1пя реализации преобразователем гиперболической зависимости S/I fix необход1тмо, чтобы выполнялось условие К А- К.

Исходя из соображений минимиза- ции погрешности вычисления U,,, следует обеспечить получение максимальных значений выходного напряжения блока 9 формирование гиперболы Ug. Так, если погрешность преоб- разования последнего, отнесенная к полной шкале выходного сигнала (в рассматриваемо случае - ) . составляет 1%, то для Ug 0,5 UQ погрешность составит 2%, а для Ug 0,01 UQ.(пpи полной шкале 10 В 0,01 0,1 В) погрешность составит уже. 00%.

Поскольку Ug,| 9 результи- рукщая погрешность функционального преобразователя тем меньше, чем меньше значения и возрастает с ростом К. В этом смысле желательны минимальные значения коэффициента передачи второго маштабного усилителя К2. В то же время, так как коэффициенты передачи в схеме преобразователя связаны соотношением К К,/А, для уменьшения значений Kg необходимо при заданном К уве- личивать значения А.

В качестве блока 9 формирования гиперболы в данном функциональном преобразователе можно использовать

аналоговый преобразователь для умножения-деления, например интегральный преобразователь типа 525ПС2, максимальное значение напряжения на выходе которого равно 10В, а погрешность преобразования, отнесенная к полной шкале, составляет 1%.

С учетом сказанного и в соответствии с принципом действия , -, 10 В;, где IIj - напряжение на выходе второго масштабного усилителя 3, или, что то же, на выходе блока 9 формирования гиперболы. Очевидно, что Uj ,, U и U

и

аг

Из выражения для Ug видно, что при сохранении определенного уровня Ug увеличение А должно сопровождаться ростом минимального значения

Иг .Так как Ц

гхим

0,5 Uj (дакс

гиакс- 0 В

то U5j,,,,fie может быть

50.,

более 5 В, В связи с этгсм

а пороги срабатывания трехпозицион

ного релейного элемента 5 должгты

5В и и

I

j-iMBTb значения Unj 10 В,

Имея в виду (фиг S1) 5 что Ug - ay f i M s также учитьшая вьше- приведенные соображения и соотношение параметров в схеме преобразователя, можно получить выражения для определения коэффициентов передачи масштабньгн: усилителей К Ь хД. При и„2 О Bj UB 10 R и 1мш 0,0078125, К 128, а К KJ/A 2,56,

Основная составляющая погрешности функционального преобразователя определяется инструментальной погрешностью блока 9 формирования гиперболы и, с учетом особенностей прохождения сигнала от выхода последнего до выхода преобразовате: я равна

Л 4 2 ч погрешност вычисления значения Ug на вьгходе бло ка 9 формирования гиперболы для текущего значения и.,.

Имея в виду, что погрешность вычисления Ug равна 7А 9 МАКС g ) где Ё, д - погрешность блока У форми- рования гиперболы, отнесенная к полной шкале Ug,jjj с учетом выражения для (1/А)- ,K,

-г Змоцсс вч -Поскольку А 50

2,56, и

9 hctKc

рз Г2. KI 28, К 10 В, . 65, . ц , Относительная погрешность преобразователя в каждой точке диапазона изменения выходной вели7-1ины будет различной и при1 1енительно к семиоктав- ному преобразователю при А 1% составит от 1,64% до 0,04% при изменении Ug в пределах 0,1 - 10 В.

Использование принципа гибридност значительно повышает быстродействие функционального преобразователя. В рассматриваемом двухдекадном функциональном преобразователе изменение числа записываемых в реверсивном счечике 4 в процессе его работы проис- ходит в пределах от 1 до 7 В то же

;

5

0

время число разрядов реперс1-:виого счетчика 4 в чисто гагфропом варианте функ ;иональном преобразователя, обес- г S ч и:п ающе го по г ре m но с т ь в; .ш исл е н ни .5;, равно п IQS (100/) . В соотнетствии с этим выражением для

0

0

5

0

1%и 1,64%5 -число импульсов в реверсинном счетчике 4 и, следовательно 5 ступеней в ЦДЛ составляет 2 64. Использование принципа гибридности обеспечивает в этом случае увел1-1чение быстродействия преобразователя почти в 10 раз.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий генератор тактовых импуль- сон,подключенный выходом к информа- циопному входу трехпозиционного релейного элемента, соединенного первым и вторым выходами с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, а управ:-яющим входом соединенного с выходом первого масштабного усилителя, выходы первого, и второго цифроаналоговых преобра.зовате- лей подключены к входам соответственно первого и второго масштабных усилителей, выход второго масштабного усилителя является выходом преобразователя, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и позьше- ння точности, в него введены блок формирования гиперболы и двоично- десятичный дешифратор, подключенный входами к выходам реверсивного счетчика, а выходами подключенный к цифровым входам первого и второго цифроапалоговых преобразователей, вход и выход блока формирования гиперболь подключены соответственно к выходу первого масштабного усилителя и ана.аоговому входу второго цифроанэлогового преобразователя, аналоговый вход, первого цифроанало- говог о преобразователя является ин- дормациогптоП-; входом функционального преобразователя,

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь-/ зовано в различных функциональных устройствах вычислительных, информационных и управляющих систем. Цель изобретения - повьшение быстродействия при воспроизведении гиперболической функции и повышение точности. Преобразователь включает блок формирования гиперболы и совокупность аналоговых и цифровых элементов, образующих систему с дискретной обратной связью, реализующую принцип регулируемого коэффициента передачи. При изменении сигнала па входе преобразователя ча. октаву коэффициенты передачи входящих в него двух ДАЛ также изменяются на октаву. В связи с этим напряжение на входе блока формирования гиперболы . во всем диапазоне изменения сигнала на входе преобразователя поддерживается в постоянных пределах. Это в совокупности с выбором соответствующего значения коэффициента передачи блока формирования гиперболы позволяет поддерживать напряжение на его выходе также в определенных пределах в той части шкалы выходных напряжений, где вычисление выходной функции происходит с минимальной погрешностью. Второй ЦАП и второй масштабный усилитель позволяют привести в соответствие масштабы выходной функции и входного сигнала на каждой октаве с одновременным уменьшением погрешности. Совместное использование реверсивного счетчика и дешифратора, обеспечивающих соответствие между числом записанных в реверсивном счетчике импульсов и номером включенного в ЦДП разряда, повьппает быстродействие преобразователя поскольку максимальное число импульсов , записанных; в реверсивном счетчике, равно числу октав, в пределах которых: изменяется входной сигнал, и числу разрядов в ЦАП. Гладк1-гй характер выходной функции обеспечивается за счет того, что собственно гиперболическое преобразование производится блоком формирования гиперболы. Гибридный принцип построения преобразователя позволяет получить совокупньй положительный эффект от сочетания быстродействия аналоговых и точности цифровых устройств. 2 ил. § (Л N 00 00 00 о ел

U-Вых

Фаг. г

О к т а 8 а 6-я 7-я

Составитель Н.Зайцев Редактор В.Ковтун Техред и.Попович Корректор Л.Пилипенко

Заказ 74А5/50 Тираж 670Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная,4