МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1973 года по МПК H03M1/64 H03M1/50 

Изобретение относится к области вычислительной те.хннк и может быть нснользовано в системах управления для ввода аналоговой информации. В системах автоматического управления с цифровыми вычислительными машинами используется многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий фазовращатели, блок формирования синусоидального напряжения, генератор импульсов, синхронизатор, формирователи фазовых импульсов, коммутатор, триггер временного интервала, вентиль, счетчик, накапливающий сумматор, регистр и блок управления. Преобразователь осуществляет преобразование угловых величин в цифровой код и масштабирование путем умножения кода на масштабные коэффициенты. Однако этот преобразователь не может осуществлять преобразование полярных координат в прямоугольные. В системах управления часто встречаются случаи, когда угловые параметры источников и информации выражены в полярных координатах, а цифровые параметры, поступающие к потребителям информации, должны быть выражены в прямоугольных координатах. В этих случаях преобразование координат осуществляется в цифровых вычислительных мащинах по специальной программе. При большом количестве каналов и высоКОЙ частоте их опроса, цифровая вычислительная машина затрачивает значительную часть рабочего времени на выполнение программ преобразования координат. Вследствие этого к цифровым вычислительным машинам систем управления предъявляются повышенные требования по быстродействию. Иногда в таких системах унравления используют преобразователи полярных координат в прямоугольные, выполненные на базе вращающихся трансформаторов, с последуюидим преобразованием выходного напряжения в код или с промежуточным преобразованием кода в угловые величины. В этих случаях для каждого канала используется отдельный аналоговый преобразователь координат и отдельный преобразователь напряжения в код или напряжения в угол, в результате чего объем системы управления сильно возрастает. Цель предлагаемого изобретения - расщиреиие функциональных возможностей устройства, т. е. обеспечение возможности преобразования полярных координат в прямоугольные в многоканальном аналого-цифровом преобразователе и разгрузка ЦВМ системы. Для этого в преобразователь введен регистр операций, дешифратор функций, триггер, дещифратор и шифратор констант, при этом второй, третий и четвертый входы регистра операций соединены соответственно с четвертым выходом синхронизатора, пятым выходом блока управления и единичным и нулевым выходами триггера, а первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы регистра операци подключены соответственно первому выходу дешифратора функций, четвертому входу счетчика, четвертому входу сумматора, третьему входу регистра и первому входу дешифратора. Второй вход последнего соединен со вторым выходом счетчика, второй выход коммутатора и третий выход счетчика подключены соответственно к второму и третьему выходам дешифратора функций, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к единичным и нулевым входам триггера и пятому входу сумматора; вход шифратора копстапт соединен с выходом дешифратора, а первый и второй выходы шифратора в констант подключены соответственно к четвертому входу регистра и шестому входу сумматора.

На чертеже представлена схема предлагаемого многоканального аналого-цифрового преобразователя.

Преобразователь содержит генератор импульсов 1, выход которого подключен ко входам синхронизатора 2 и вентиля 3. Другой вход вентиля соединен с выходом триггера временного интервала 4, нулевой вход которого подключеи ко второму выходу синхронизатора 2. Остальные выходы синхронизатора соедииены со входом блока управления 5, предназначенного для выработк; управляюпдих команд при выполнении операций преобразования угол-код и масштабироваиия, входом блока формирования синусоидального напряжения 6, питающего блока фазовраш;ателей 7 и входом регистра операций 8, предназначенного для выработки управляющих команд при выполнении операций преобразования полярных координат в прямоугольные. Выходы фазовращателей 7 подключены ко входам соответствующих формирователей фазовых импульсов 9, выходы которых соединены с первыми входами коммутатора 10. Выходы блока управления 5 подключены к соответствующим входам регистра 11, сумматора 12, счетчика 13, регистра операций 8 и коммутатора 10, выходы которого соединены соответственно с единичным входом триггера временного интервала 4 и со входами дешифратора функций 14 (дешифратора знака и вида функций). Остальные входы дешифратора функций 14 соединены соответственно с выходами регистра операций 8 и двух старших разрядов счетчика 13, а выходы подключены ко входам знанового разряда сумматора 12 и триггера (признака функций) 15, выходы которого соединены со входами регистра операций 8. Выходы регистра операций 8 соединены также с соответствующими входами регистра /У, сумматора 12, счетчика 13 и дешифратора 16 (дешифратора номера интервала интерполирования), остальные входы которого соединены с выходами средних разрядов счетчика 13, а выходы иодключены

ко входа.м шифратора констант 17, предназначенного для формирования коэффициентов при Бычислепии тригонометрических функций методом линейного интерполирования. Выходы шифратора констант 17 подключены ко входам соответствующих разрядов регистра И и сум.матора 12. Кроме того входы и выходы сумматора 12 соединены с соответствующими входами и выходами регистра // и счетчика 13, вход которого подключен к выходу ве ГРИЛЯ 3.

Преобразователь работает следующим образом. Геиератор импульсов 1 вырабатывает импульсы частоты /, которые поступают на счетный вход синхронизатора 2 и на один из входов вентиля 3. Синхронизатор 2 осуществляет деление входной частоты //2 (где п - число разрядов пересчетной схемы синхронизатора), а также вырабатывает промежуточные частоты, необходимые для синхронизации совместной работы всех блоков преобразователя. На нулевой вход триггера врелгенного интервала 4 поступают импульсы с выхода синхронизатора 2 с частотой //2.

Блок формирования синусоидального напряжения 6 вырабатывает синусоидальное напряжение частоты //2, которое синхронизировано по фазе с импульсами генератора. Это напряжение является напряжение.м иитания фазовращателей 7. Фаза выходного напряжеиия каждого из фазовращателей пропорциональна угловому положению входного вала. Каждый из формирователей фазовых импульсов 9 формирует импульсы с частотой //2, фаза которых соответствует фазе входного синусоидального напряжения. Коммутатор 10 но команде из блока управления 5 осуществляет подключение выхода соответствующего формирователя фазовых импульсов к единичному входу триггера временного интервала 4. Триггер временного интервала 4 и вентиль 3 осуществляют преобразование фазы импульсов, поступающих с выхода коммутатора 10, в число импульсов, формирующихся на выходе вентиля 3. Счетчик 13, считая эти импульсы, формирует двоичный код углового положения соответствующего фазовращателя. При у.множении па масштабный коэффициент по команде из блока управления 5 в регистр 11 записывается двоичный код масштабного коэффициента и выполияется операция умножения содержимого регистра 11 на содержимое счетчика 13, а произведение формируется в накапливающем сумматоре 12.

Преобразование полярных координат в прямоугольные в преобразователе осуществляется в соответствии со следующими выражениями

A r-sincp, y r-cosff, где г - радиус-вектор;

Ф - полярный угол.

Величина полярпого угла может принимать любое значение в диапазоне 0-f 360°. Вычисление всех значений sinip и созф с помощью формул приведения сводится к вычислению фупкцип синуса, аргумент которого может принимать значения в диапазоне 0-г90°. Ниже поме,щены формулы приведения. Аргумент Функция Перобразование величины угла ф в код осуществляется согласно описанному. Двоичный код угла ф формируется в счетчике 13. Значение кода ф можно представить в виде суммы Ф т- -f-cc , где т - значение кода в двух старши.х разрядах счетчика; а - значение кода в остальных разрядах счетчика. Такое представление позволяет реализовать формулы приведения. После преобразования угла ф в код из блока управления 5 в регистр операций 8 поступает команда на включение программы преобразования координат. Эта программа начинается с опроса дешифратора ф)ункции 14. В результате опроса дешифруется число т {код двух старших разрядов счетчика) и признак вычисляемой координаты, в знаковый разряд накапливающего сумматора 12 записывается знак координаты, а триггер функций 15 устанавливается в единичное или нулевое положение. Состояние этого триггера определяет вид тригонометрической функции (Sina или Cosa), подлежащей вычислению. Вычисление значения Сола сводится к вычислению значения Sin ( --а). при этом код угла есть дополнительный код угла а. Вследствие этого программа вычисления косинуса отличается от программы вычисления синуса только одной простой операцией - формированием кода, дополнительного к коду а. Вычисление значения функции синуса в преобразователе осуществляется методом линейного интерполирования согласно следующему выражению. о- о-ASlna ,; ., ,.--. (а - а,- ) , П где k - номер интервала интерполирования; Л - длина интервала интерполирования; Sina л- - значение функции синуса в начале интервала интерполирования; ASina - - величина разности между значениями функции синуса в конце и начале интервала интерполирования; а - текущее значение аргумента, принимающее любое значение в интервале интерпо.лирования. Если текущее значение а представить в виде суммы(a av +а-а,, ), то код а ,; в соответствующем масштабе в средних разрядах счетчика /5, выходы которых подключены ко входам дешифратора 16 (дешифратора иомера интервала интерполирования), а в остальных младших разрядах - код (ct-a,v ). В то же время код в средних разрядах счетчика 13 определяет номер интервала интерполирования k. Вычисление значения синуса начинается с опроса дешифратора 16. При этом шифратор - Sinsft , констант 7/ формирует константу-т- которая записывается в регистр //. Далее выполняется операция умножения содержимого ASino, чрегистра //- на содержимое младших разрядов счетчика 13 (а-а.-,- ). Произведение из сумматора /2 передается в регистр 11. После вторичного опроса дешифратора номера интервала интерполирования 16 шифратор констант П формирует константу Sina к , которая записывается в сумматор 11. и выполняет операцию сложения. Затем вычисленное значение о- с- ASina.v ,ч Sma Sma,v,( - я,, ) передается в регистр // и осуществляется преобразование угловой величины г в двоичный код. Двоичный код величины г формируется в счетчике 13, после чего выполняется операция умножения содержимого счетчика на содержимое регистра У/. В результате этого в накапливающем сумматоре 12 формируется код вычисляемой координаты в прямоугольной системе координат. Аналогичным образом происходит работа аналого-цифрового преобразователя по остальным каналам. Предмет изобретения Многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор импульсов, синхронизатор, блок формирования синусоидального напряжения, блок фазовращателей, формирователи фазовых импульсов и коммутатор, соединенные последовательно, и триггер, временного интервала, единичный вход которого подключен к первому выходу коммутатора, нулевой вход - ко второму вы.ходу синхронизатора, выход - к первому входу вентиля, второй вход которого подключен к выходу генератора нмпульсов, а выход к первому входу счетчика, первый выход и второй вход которого подключены соответственно к первому входу и первому выходу сумматора, второй выход и второй вход которого подключены соответственно к первому входу и первому выходу регистра, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй, трет1П°, четвертый выходы и вход которого

подключены соответственно к третьему входу сумматора, третьему входу счетчика, второму входу коммутатора н третьему выходу синхронизатора, отличающийся тем, что, с целью расширения функцио1 альных возможностей устройства, в него введены регистр операций, дешифратор функций, триггер, дешифратор я шнфратор констант, первый, второй, третий н четвертый входы регистра онерацнй соединены соответственно с четвертым выходом синхронизатора, иятым выходом блока управления, единичным и иулевым выходами триггера, а первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы регистра операций соответственно с первым входом дешифратора фушсций, с четвертым входом счетчика, четвертым входом сумматора, третьим входом регистра н первым входом дешифратора, второй вход которого соединен со вторым выходом счетчика, второй выход коммутатора и третий выход счетчика подключены соответственно ко второму н третьему входам дешифратора функций, нервый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к единичному и нулевому входам триггера н пятому входу сумматора, вход шифратора констант соединен с выходом дешифратора, а первый и второй выходы шифратора констант подключены соответственно к четвертому входу регистра и ujecTOMy входу сумматора.