Преобразователь угол-код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством, в частности в преобразователях угловых перемещений в код.

изобретения является повышение точности преобразования.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя.

Преобразователь содержит синусно- косинусньй датчик 1 угла, первьш 2 и второй 3 аналого-цифровые преобразователи, первый и второй 5 накапливающие сумматоры, первую 6, вторую 7 и третью 8 линии задержки, формирователь 9 импульсов, дешифратор 10, элемент ИЖ 11, генератор 12 тактовых импульсов, триггер 13, элемент И 14, счетчик 15, управляюищй вход 16 преобразователя, шину 17 начальной установки.

Принцип действия преобразователя основан на численном решении системы дифференциальных уравнений

Y (t) TX(t) X (t) 4Y(t)

(1) 30

где t - время,

Т - константа, Y (t) и

Х (t) - производные по времени функций Y(t) и X(t).

Начальные условия системы уравнений (1) задаются следующими выражениями: о

Г У(0) Мз1псУ

1Х(0) Mcosd,

(2)

где о1 - величина, пропорциональная

преобразуемому углу, причем начальные условия задаются в виде выражения (2) для любого значения ( , лежащего в пределах

О

Система уравнения (1) эквивалентна дифференциальному уравнению второго порядка

Y(t) + Y(t) О

(3)

Решение уравнения (3) имеет вид

Y(t) /х ЧО) + Y (O) sin()

(4)

откуда следует, что наименьшее положительное значение аргумента t, при котором функция Y(t) изменяет знак с минуса на плюс,- удовлетворяет условию

% -f oL 2Я,

(5)

а следовательно

15

t 2-К -dl

(6)

Времена задержек 1 соответственно первой, второй и третьей 20 линий задержек должны удовлетворять следующим условиям:

,Сдцп,

СМ 9

0

5

0

где t

лип

t о см

Т

максимальное время преобразования АЦП, максргмальное время установления кода в накапливающем сумматоре; период тактовых .импульсов.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии аналого-цифровые преобразователи 2 и 3 находятся в состоянии готовности к запуску, а триггер 13 - в нулевом состоянии. Логический сигнал О поступает с выхода триггера 13 на второй вход элемента И 14, запрещая прохождение импульсов с выхода генератора 12 5 тактовых импульсов на тактовые входы накапливающих сумматоров 4 и 5 и счетчика 15 импульсов.

Положительный фронт прямоуголь- 0 ного и,мпульса запуска, поступающего на управляющий вход преобразователя, запускает аналого-цифровые преобразователи 2 и 3, на выходах которых формируются параллельные обратные 5 двоичные коды выходных напряжений си- нусно-косинусного датчика перемещения 15 равных соответственно

Msin оС и Mcos

31

где cL - величина, пропорциональная

перемещению и лежащая в пределах О и oL 25Г, М - постоянньй коэффициент. Лоложительным фронтом прямоугольного импульса, поступающего с выхода первой линии задержки 6 на входы разрешения начальной установки первого 4 и второго 5 накапливаюнщх сумматоров и счетчика 15 и myльcoв, в первый 4 и второй 5 накапливающие сумматоры записываются коды, поступающие соответственно с выходов первого 2 и второго 3 аналого-цифровых преобразователей на входы начальной установки накапливающих сумматоров, а в счетчик 15 импульсов записьшает- ся двоичный код числа.

N

где m - натуральная константа.

Код числа подается на вход начальной установки счетчика 15 и fflyль- сов. Если при записи выходного кода первого аналого-цифрового преобразователя 2 в первый накапливающий сумматор 4 логический сигнал на выходе старшего разряда первого накапливающего сумматора изменяется с 1 на О, на выходе формирователя 9 импульсов формируется положительный прямоугольный импульс, который через элемент ИЛИ 1.1 поступает на второй вход триггера 13, не изменяя состояния триггера.

Поло5кительнь1й фронт импульса, поступающего с выхода второй линии задержки 7 на первый вход триггера 13, устанавливает триггер в единичное состояние, разрешая прохождение импульсов с выхода генератора 12 так- товьйс импульсов через элемент И 14 на тактовый вход 29 второго накапливающего сумматора 5, вход третьей линии задержки 8 и тактовый вход счетчика 15 импульсов.

Дальнейшая работа преобразователя описывается системой разностных уравнений

X

LH-ID

J у

2 th-l

Y

cn-i:

X

Lbl,

где Yj . и X. , - числа, записанные соответственно в первом и втором наг капливающих сумматорах после поступ972274

Ленин на их тактовые входы п импульсов (п 1, 2 5 .. .) ,

YT , и X, - числа, записанные

n-i п-о соответственно в первом и втором нас капливающих сумматорах после поступления на их тактовые входы (п - 1) импульсов,

га - натуральное число, связанное с константой Т , входящей в уравнеJO ния (1), и периодом Т тактовых импульсов следующим соотношением

m (9)

J5 Положительным фронтом импульса, поступающего с выхода элемента И 14 на тактовый вход второго накапливающего сумматора 5, во второй накапливающий сумматор записывается текущее 20 значение переменной X, равное разности предьщущего значения переменной X и частного от деления предьщущего значения переменной Y на число 2. Положительным фронтом выходного 25 импульса третьей линии задержки 8,, поступающего на тактовый вход первого накапливающего сумматора 4, в первый накапливающий сумматор запи- .;Сывается текущее значение переменной- 0 Y, равное сумме предьщущего значения переменной Y и частного от деления текущего значения переменной X на число 2. Операция деления числа, представленного в обратном двоичном 35 коде, на число 2 заменяется эквивалентной операцией сдвига кода, делимого на m разрядов вправо. С этой целью выход (L - т) старших разрядов второго накапливающего 0 сумматоров соединен с входом (L - т) млaдшlix разрядов первого накапливающего сумматора 4, а инверсный выход (L - т) старших разрядов первого накапливающего сумматора 4 (инверсия 45 всех разрядов кода числа, представленного в обратном двоичном коде, изменяет знак на противоположный) соединен с входом (L - т) младших разрядов второго накапливающего сум- 50 матора 5.

Тактовые импульсы поступают на тактовые входы накапливающих сумматоров 4 и 5 до тех пор, пока знак переменной Y не изменится с минуса на плюс, т.е. пока значение старшего разряда кода, записанного в первом накапливающем сумматоре 4, не изменится с единицы на нуль. По отрицательному фронту импульса, поступающего с выхода старшего разряда первого накапливающего сумматора 4 .на вход формирователя импульсов 9, на выходе формирователя формируется короткий (по сравнению с периодом тактовых импульсов) прямоугольньш положительный импульс, который через элемент ИЛИ 11 поступает на второй вход триггера 13, сбрасьшая триггер в нулевое состояние, что приводит к запрету прохождения тактовых импульсов с выхода генератора 12 тактовых импульсов на выход элемента И 14. Отрицательный фронт импульса, поступающего с выхода триггера 13 на управляющий выход преобразователя, является сигналом Конец преобразования.

Число импульсов, поступивпих за время преобразования на тактовый вход счетчика 15 импульсов, равно

. ,

Т

где t - время преобразования, определяемое выражением (6). Хаким образом, N 2Г - -

Поскольку при начальной установке в счетчик 15 импульсов было записано число NO, определяемое выражением (7), а счетчик в процессе преобразования работает в режиме вычитания, по окончании преобразования на выход преобразователя поступает двоичиьй код числа

N

О

-.

N N ( ) 2

т.е. эсдачение кода на выходе преобразователя пропорционально преобразуемому перемещению.

Дешифратор, 10 предназначен для установки преобразователя в исходное состояние при обнулении счета 15 импульсов о Когда на выходе счетчика 15 импульсов устанавливается код нуля, на выходе дешифратора формируется положительный импульс, котчзрый через элемент ИЖ 11 поступает на второй вход триггера 13, сбрасывая триггер в нулевое состояние.

Формула изобретения

/ реобразователь угол-код, сод:;ер- жалщй синусно-косинусный датчик угла, первый аналого-цифровой преобразователь, первый и второй накапливающие сумматоры, выходы второго накапливающего сумматора соединены с

5 группой входов (L - т) младших разрядов первого накапливающего сумматора, элемент ИЛИ, триггер, элемент И, выход которого соединен с тактовым входом второго накапливающего суммаШ тора, группа входов (L - т) младших разрядов которого подключена к группе инверсных выходов (L - т) старших разрядов первого накапливающего сумматора, и генератор импульсов, выход

15 которого соединен с первым входом элемента И, отличающийся тем, что, с, целью повышения точности преобразоват еля, в него введены второй, аналого-цифровой преобразователь,

20 первая, вторая и третья линии задержки, форг-мрователь импульсов, дешифратор и счетчик, вход установки которого соединен с шиной начальной установки, первый и второй выходы

25 синусно-косинусного датчика угла соединены с первыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно, вторые входы которЬЕС объединены, являются управ30 ляющим Ъходом преобразователя и подключены к входу первой линии задержки, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей подключены к входам начальной установки

35 первого и второго накапливающ11х сумматоров, выход первой линии задержки .соединен с входам) разрешения начальной установки первого и второго накапливающих сумматоров и счетчика и

40 с входом второй линии задержки, выход которой соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛ11, выход триггера соединен с вторым входом

45 элемента И и является управляющим выходом преобразователя, выход элемента И соединен с тактовым входом счетчика и входом третьей линии задержки, выход которой соединен с

50 тактовьм входом первого накапливающего сумматора, выход старшего разряда которого через фор шрователь импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого

55 через дешифратор подключен к выходу счетчика, который является выходом преобразователя угол-код.

npeoSpaa.

Упрабляющий St(xod

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством, в частности в преобразователях угловых и линейных перемещений в код. Цель изобретения - повьшение точности - достигается тем, что в преобразователь перемещения, содержащий синусно-косинусный датчик, аналого- гдафровой преобразователь, накапливающие сумматоры, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов, триггер и элемент И, введены второй аналого- цифровой преобразователь, три линии задержки, формирователь :импульсов, дешифратор и счетчик. Введение второго аналого-цифрового преобразователя, осуществляющего преобразование электрического напряжения в параллельный обратный двоичньй код, старший разряд которого несет информацию о знаке входного напряжения совокупности с допо лнительными узлами счетчиком импульсов, линия Q задержки позволило исключить из состава преобразователя узлы, оперируюище аналоговыми сигналами низкого уровня - определитель октантов и аналотовый коммутатор. Структурное построение преобразователя позволило перейти к численному решению системы дифференциальных уравнений безусловно-устойчивой разностной схемой.1 ил. (О ППЯЖ. ГО -q го tO.

Редактор Н.Швьщкая

Составитель М.Сидорова

Техред А.Кравчук Корректор М.Шароши

795/61

Тираж 902Подписное

ВНИИ11И 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