Функциональный преобразователь Советский патент 1991 года по МПК H03M1/00 

С

ю о

ю

СА

Изобретение позволяет преобразовать аналоговый входной сигнал в выходной с требуемой функциональной зависимостью. Преобразователь имеет высокую точность преобразования, упрощенную конструкцию и широкую область применения за счет увеличения числа выходных функций. Это достигается введением в преобразователь элемента И 10. RS-триггера 11, элемента 7 совпадений, реверсивного счетчика 13 и аналогового сумматора 16, выход которого является выходной шиной, первый вход соединен с выходом усилителя 2, а второй вход - с выходом ЦАП 15. Входы выходного регистра 14 соединены с соответствующими выходами реверсивного счетчика 13. вход обнуления которого соединен с выходом переполнения счетчика 3. Второй выход ПЗУ 6 соединен с R-входом RS-триггера 11, S-вход которого соединен с выходом элемента 7 совпадений, а выход - с входом управления направлением счета реверсивного счетчика 13. Счетный вход последнего соединен с выходом элемента И 10, первый вход которого соединен с выходом переполнения сумматора 9, а второй вход - с выходом элемента НЕ 5. Выход переноса реверсивного счетчика соединен с входом элемента 7 совпадений. 2 ил. w fe

фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и к конструкции устройств для функционального преобразования аналоговых сигналов с использованием аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, в частности, для преобразования сигналов термопреобразователей (термопар и термосопротивлений).

Цель изобретения - повышение точности преобразования, упрощен неустройства и расширение области применения за счет увеличения числа выходных функций.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - характеристика преобразования.

Функциональный преобразователь содержит генератор 1 импульсов, усилитель 2, счетчик 3, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, элемент НЕ 5, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) б, элемент 7 совпадений, устройство 8 сравнения, сумматор 9, элемент И 10, RS-триггер 11, регистр 12, реверсивный счетчик 13, выходной регистр 14, второй ЦАП 15, аналоговый сумматор 16.

Преобразователь работает следующим образом.

Сигнал напряжения поступает на вход усилителя 2. Усиленный до определенного уровня сигнал с выхода усилителя 2 поступает на устройство 8 сравнения и на аналоговый сумматор 16, одновременно генератор импульсов 1 начинает вырабатывать последовательность импульсов, которые подсчитываются счетчиком 3, результат счета поступает одновременно на вход ЦАП 4, на выходе которого образуется ступенчато нарастающее напряжение, пропорциональное числу импульсов на его входе, и на вход ПЗУ 6, для которого сигналы счетчика 3 являются адресами, по которым записаны аппроксимирующие коэффициенты. Коэффициент на каждом такте генератора 1 импульсов суммируется сам с собой благодаря наличию связи между выходом сумматора 9 и входом регистра 12, выходом регистра 12 и входом сумматора 9.

Сигналы переполнения результата суммирования через элемент И 10, тактируемые через элемент НЕ 5 импульсами генератора импульсов 1, подсчитываются .реверсивным счетчиком 13, на выходе которого формируется цифровой сигнал требуе- мой нелинейности характеристики входного сигнала. В момент равенства напряжений на входах устройства 8 сравнения с его выхода сигнал поступает на вход записи выходного регистра 14, и результат счета реверсивного счетчика 13 поступает через выходной регистр 14 на вход второго

ЦАП 15, на выходе которого формируется сигнал напряжения, соответствующий значению нелинейности соответствующего значения входного сигнала устройства.

Сигнал напряжения с выхода второго

ЦАП 15 суммируется с выходным сигналом усилителя на аналоговом сумматоре 16, на выходе которого получено напряжение с требуемой функциональной зависимостью

от входного

U.Ј Uebix.yc + Unen,

где и&- напряжение на выходе функционального преобразователя;

ивых.ус. - напряжение на выходе усилителя 2;

1)Нел - напряжение, формируемое на выходе второго ЦАП 15.

Получение трубуемой функциональной зависимости между входным и выходным

сигналами устройства осуществляется по методу кусочно-линейной аппроксимации с отличием в том, что формируется не вся функциональная зависимость, а часть выходного сигнала, пропорциональная требуемой

нелинейности (на фиг. 2 - кривая Онел).

Кривая Ur (нелинейная зависимость выходного сигнала устройства от входного сиг- нала) на фиг.2 является результатом суммирования (алгебраического, так как

возможно и вычитание) прямой ивых.ус. и формируемой кривой Умел по методу кусочно-линейной аппроксимации. Показаны произвольные значения а и Ь, которые добавляются к Увых.ус. В случае вычитания

Умел опорное напряжение на втором ЦАП 15 должно быть противоположной полярности. ПЗУ 6 по соответствующему адресу меняет направление счета реверсивного счетчика 13, устанавливая RS-триггер 11 в

противоположное (нулевое) состояние. При переполнении счетчика 3 обнуляются регистр 12 и реверсивный счетчик 13, и процесс преобразования повторяется.

При этом сигнал обнуления реверсивного счетчика 13 обнаруживается схемой 7 совпадений, которая переводит RS-триггер 11 в единичное состояние, разрешая прямой счет реверсивного счетчика 13. Затем все процессы преобразования повторяются.

При прямом счете в реверсивном счетчике 13 в сумматоре 9 идет обычный процесс суммирования рассчитанных коэффициентов аппроксимации, а при смене направления счета процесс суммирования продолжается, но для этого режима коэффициенты рассчитываются таким образом, чтобы получить нужное значение переполнений, которое теперь вычитается

реверсивным счетчиком 13 из ранее набранного числа.

Элемент 7 совпадений необходим для обнаружения нулевых состояний выходов реверсивного счетчика 13 и может представлять собой многовходовой элемент ИЛИ-НЕ для сигналов переполнений счетчиков, из которых состоит реверсивный счетчик 13. В момент нулевых состояний на выходах реверсивного счетчика 13 элемент 7 вырабатывает сигнал, который переводит RS-триггер 11 в противоположное (единичное) состояние, что, в свою очередь, приводит к изменению направления счета реверсивного счетчика 13.

Элемент И 10 необходим для исключения ошибок подсчета переполнений сумматора 9, так как реверсивный счетчик 13 подсчитывает только число изменений со- стоя ний выхода переполнений сумматора 9, что и обеспечивается стробированием его инверсным сигналом генератора 1 импульсов. Поэтому при отсутствии элемента И 10 возможна потеря части информации.

Считая, что усилитель 2 погрешности не вносит (относительно прототипа), очевидно, что погрешность преобразования выходного сигнала усилителя 2 (ивых.ус.) в цифровой эквивалент в сумматорном выходном сигнале U (погрешность должна проявиться в реализации 11нел) будет значительно снижена, так как, например, нелинейность термопреобразователей (термопар, термосопротивлений) не превышает, как правило 12%.

Следовательно, максимальное значение Кнел. не будет превышать 0,12 ивых.ус.макс., т.е. можно значительно (в 2-4. раза) снизить опорное напряжение (Uon.a) на втором ЦАП 15, т.е. уменьшать значение напряжения, соответствующее младшему разряду второго ЦАП 15, уменьшив таким образом погрешность функционального преобразователя, а также разрядность реверсивного счетчика 13, выходного регистра 14, второго ЦАП 15 по сравнению со счетчиком 3 и первым ЦАП 4, так как максимальное число на входе ЦАП 15 также не будет превышать 12% данного примера.

Ц ивых.ус. + инел.

Ukl Uonl вых.ус. NX т-.,

Ммакс

где NX - число импульсов, подсчитанное счетчиком 3 до момента срабатывания устройства 8 сравнения;

Don - опорное напряжение первого ЦАП 4;

Nuaicc максимальное число на входе первого ЦАП 4.

UHefl Nl «1 U0n2

U0n2

N

N2 К х

+...+NI KI

U оп2

NMBICC - NMBKC

где Ni, N2 - число импульсов, соответствующее соответствующему участку аппроксимации;

Ki, Ka... KI - коэффициенты аппроксимации, занесенные в ПЗУ и соответствующие

соответствующему участку аппроксимации;

NI - число импульсов, подсчитанное счетчиком 3 на 1-том участке аппроксимации до момента срабатывания устройства 8 сравнения. Очевидно, что

Nx Ni + N2 + ... + N|.

Видно, что погрешность 11Нел (при необходимом числе участков аппроксимации) будет в NI, но уменьшена в К| ., оп2 раз.

Гамаке

Кроме того, изменение (регулировка) опорного напряжения второго ЦАП 15(Uon2) позволяет реализовать семейство характеристик, у которых вид нелинейности одинаков, а значение различно (это характерно для термосопротивлений), т.е. позволяет расширить число функциональных зависимостей преобразования входного сигнала устройства без записи новой информации в

ПЗУ 6 (на фиг.2 - кривая 1)нел2), т.е. расширить функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий усилитель, вход которого является входной шиной, а выход соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, a f входы постоянного запоминающего устройства соединены с соответствующими выходами счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов и через элемент НЕ - с входом записи регистра, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами сумматора, а информационные входы - с соответствующими выходами сумматора,

вторые входы которого соединены с первыми выходами постоянного запоминающего устройства, а выход устройства сравнения соединен с входом записи выходного регистра, выходы которого соединены с соответствующимивходамивторого

цифроаналогового преобразователя, выход переполнения счетчика соединен с входом обнуления регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности л реобразования, упрощения устройства и расширения области применения за счет увеличения числа выходных функций, в него введены элемент И, RS-триггер, элемент совпадений, реверсивный счетчик и аналоговый сумматор, выход которого является выходной шиной, первый вход соединен с выходом усилителя, а второй вход - с выходом второго цифроаналогового преобразователя, а информационные входы выходного регистра соединены с соответствующими выходами реверсивного счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом переполнения счетчика, а второй выход

ФлгЛ

Редактор О. Хрипта

Составитель В.Махнанов

Техред М.МоргенталКорректор М. Максимишинец

постоянного запоминающего устройства соединен с R-входом RS-триггера, 5-вход которого соединен с выходом элемента совпадений, а выход RS-триггера соединен с

входом управления направлением счета реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом переполнения сумматора, а второй вход - с выходом

элемента НЕ, выход переноса реверсивного счетчика соединен с входом элемента совпадений, а выходы счетчика соединены с соответствующими входами первого цифро- аналогового преобразователя.

fye/r.2