Функциональный преобразователь Советский патент 1978 года по МПК G06J1/00 G06G7/26 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретеше относится к аналого-цифровой технике и может быть использовано для линейного и функционального преобразования напряжения постоянного тока в код.

Известен функциональный преобразователь с 5 цифровыми входом и выходом, содержащий блок квадратурных напряжений, выходы которого подключены к входам двух цифроуправляемых сопротивлений, нагруженных друг на друга, и щфровой измеритель фазового сдвига, входы которого сое- jp динены с одним из выходов блока квадратурных напряжений и точкой соединения цифровых управляемых сопротивлений 1.

В таком преобразователе требуется представление входной величины в виде цифрового кода и jj невозможно оперировать с входными переменными, заданными напряжением постоянного или переменного тока, что обусловлено отсутствием, точных аналого-управляемых резисторов, аналогичных цифроуправляемым резисторам.20

Наиболее близким к изобретению техническим решением является функциональньш преобразователь 2, содержащий сумматор с масщтабным резистором обратной связи, вход которого через первый масштабный резистор соединен с выходом первого25

двухпозиционного ключа, через второй масштабньш резистор - с выходом второго двухпозиционного ключа и через последовательно соединенные третий масшгабньш резистор и первый цифровой управляемьш делитель напряжения - с выходом третьего дазхпозиционного ключа. Входы первого и третьего двухпозииионныХ клняей подключены соответCTBeifflo к выходам фазосдвигателя, а входы второго даухпозиционного ключа - к выходам генератора синусоидального напряжения к входу фазосдвигателя и первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соеданен с шиной нулевого потенциала. Выход указанного блока сравнения через первый формирователь соеданен с первым входом триггера, установочный вход которого подключен к выходу блока управления, выход второгсР блока сравнения - с входом второго формирователя, выход триггера - с первым входом элемента И, вторсш вход которого подключен к выходу генератора импульсов. Выход элемента И связан с первым входом счетчика, вторсж вход которого соединен с выходом блока управления, а выход счетчика является первым выходом преобразователя.

Указанный преобразователь, обладая универсальностью в смысле возможностн воспрсмзведеикя различных функций, оперирует с входной Bemiчиной, заданной только цифровым кодом. Предложенный функциональный преобразователь, с целью расширения функциональных возмож ностей, содержит дополнительные элементы И, реверсивный счетчик, источник опорного напряжения и управляемые ключи, управляющие входы которь1х подключены к выходу блока управления. Выход источника опорного напряжения соединен с первым входом первого управляемого ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора синусоидального напряже1шя, выход первого управляемого ключа через второй цифровой управляемый делитель напряжения - с выходом второго управля leMoro ключа, входы которого соответственно под ключены к первому входу третьего управляемого ключа и через четвертый масштабный резистор к входу сумматора, выходом связанного с вторым входом третьего управляемого ключа. Выходы третьего и четвертого управляемых ключей связаны соответственно с входами второго блока сравнения выходом подключенного к первым входам первого и второго дополнительных элементов И, вторые и третьи зходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего дополнительного элемента И и выходами блока управления. Вы ход генератора импульсов соединен с четвертыми входами первого и второго дополнительных элемен тов И, выходами подключенных к входам реверс}ш ного счетчика, выход которого является вторым вы ходом преобразователя и соединен с управляющими входами цифровых управляемых делителей напряже ния. Выход третьего дополнительного элемента И соединен с вторым входом триггера, первый вход четвертого управляемого ключа является входом преобразователя, а его второй вход соединен с ошной нулевого потенциала. Такое вьшолнение преобразователя позволяет устранить необходимость применения дополнительного аналого-цифрового перобразователя для линейнего кодирования напряжения постоянного тока при использовании указанного функционального преобразователя и дает значительную экономию оборудования. Схема функционального преобразователя приведена на черте)«. Преобразователь содержит сумматор 1 с масштабным резистором 2 обратной связи, масштабные резисторы 3-6, двухпозициошсые ключи 7-9, иифровые управляемью делители 10 и 11 напряжения, фазосдвигатель 12, генератор 13 синусоидаль ного напряжения, блоки 14 и 15 сравнения, формирователи 16 и 17, блок 18 управления, триггер 19, элемент И 20, генератор 21 импульсов, счетчик 22, дополнительные злементы И 23-25, реверсивный счетчик 26, источник 27 отторного напряжения; управ ляемые ключи 28-31. Работает преобразователь в двух режимах: в режиме линейного аналого-цифрового преобразования входного напряжения постоянного тока и в режиме функционального преобразования цифрового эквивалента входного напряжения. При работе преобразователя в режиме линейного преобразования входного напряже1шя в код блок 18 управления вырабатьшает на выходе управле1шя режимами сигнал управления ключами 28-31, обеспечивая следующую коммутацию узлов преобразователя: выход источника 27 опорного напряжения через ключ 28 соединен с входом цифрового управляемого делителя 11 напряжения, выход этого делителя через ключи 29 и 30 - с одним входом блока 15 сравнения, на другом вход этого блока через ключ 31 поступает входное напряжение постоянного тока. Линейное преобразование входного напряжения в код в предлагаемом преобразователе осуществляется на основе следующего метода. Входное напряжение постоянного тока Увх поступившее на вход преобразователя, сравнивается в блоке 15 с выходным напряжением U4-цифрового управляемого делителя 11 напряжения. Это напряжение прямо пропорционально згачению кода в реверсивном счетчике 26. Если разность (UBX-U4) положительна, то напряжение на выходе блока 15 сравнения имеет уровень, разрецгающий прохождение очередного импульса генератора 21 через элемент И 23 на вход прямого счета реверсивного счетчика 26. Если разность () отрицательна, то импульс генератора 21 проходит через элемент И 24 на вход инверсного счета счетчика 26. Изменение кода в счетчике 26 происходит таким образом, что разность () сводится к нулю, и код в счетчике 26 соответствует величине входного напряжения UBXВ режим функционального преобразования цифрового эквивалента :ВХодного напряжения преобразователь переводится при изменении сигнала на выходе блока 18 управления, обеспечивающего следующую коммутацию узлов преобразователя управляемыми ключами 28-31: чертз ключ 28 вход цифрового управляемого делителя 11 напряжения соединяется с одним из выходов генератора 13 синусоидального напряжения, выход управляемого делителя 11 напряжения через ключи 29 и 30 подключается к одному из входов блока 15 сравнения, а другой вход этого блока соединяется через управляемый ключ 31 с общей точкой. Функциональное преобразование основано на реализации функвди .Oil О р(а,а2, аз, «4, х) arctg - -;- ричем коэффициенты а, а, а, а определяются ри решении задачи аппроксимации воспроизводиой преобразователем функции .функцией v (fli. Zj, з, а, х) и вьшолняется следующим образом. / Генератор 13 синусоидального напряжения нерерьтно вырабатьшает парафазные синусоидальые напряжения постоянной амплитуды Умакс v астоты w: ± sin wt Фазосдвигатель 12 с парафазными выходами предназначен для сдвига выходного напряжения геkeparopa 13 на jronll/i , н его вькодные напряжения имеют ту же амплитуду и частоту w: ± UtoKcSin {wt +ft/2). Двухпозиционные клю чи 7-9 обеспечивают ишользование выходных напр жений генератора 13 и фазосдвигателя 12 определен ных знаков в зависимости от знаков коэффициентов Оз, а, й соотаетственно. Цифровые управляемые делители 10 и 11 напряжения осуществляют амплитудную модуляцию подключаемых к ним синусоидальных напряжений цифровым кодом NX счетчика 26. Выходные напря жения цифровых управляемых делителей 11 и 10 соответственно равны: Щ А NX Умакс Sin оЛ Us А NX имакс Cos wt где NX - цифровой код в счетчике 26, соответствующий значению напряжения UBX преобразователя;К - коэффициент пропорциональности. Сумматор 1 выполняет суммирование напряжений Умакс Cos c yr-Nx UMEKC OS art ,имакс Sin wt,KNx Умакс Smwt с соответствующими масштабными коэффициентами. Выходное напряжение сумматора 1 сдвинуто относительно выходного напряжения генератора 13 + Ымакс Sin art на , равный cC oirctg 1«.1- К1-к К1 -ЦИRO. RI, Rj. Нз И R4 - сопротивления соответ ственно масштабных резист(фов 2, 6, 5, 4, 3. При решении задачи аппроксимации воспроизводкмой функции аркхангенснш зависимостью величина и знак одного из коэффициентов aj, в2 з а выбираются произвольно. Подача на вход цифро вого управляемого делителя 11 выходного напряжения генератора 13, равного + имакс5 1, обес печивает положительное значеше коэффициента а Для получения кодового эквивалента N Jфaзовый сдвиг v между выходным напряжением сум матора 1 и напряжением генератора 13 Умакс Sinwt измеряется цифровым измерителем фазового сдвига. С этой целью блоки 15 и 14 сравнения фиксируют М0ЛЮНТЫ переходов указанных напряжений через 1гулевой уровень, вырабатьшая в эти моменты перепады напряжений, из которых форми рователи 16 и 17 формируют импульсы, запускающие триггер 19 по раздельным входам. В течение интервала времени между одноименными переходами указанных напряжений через нуль выходное напряжение триггера 19 имеет уровень, открывающий элемент И 20, и на вход счетчика 22 поступают itM пульсы с генератора 2L Число импульсоь. поступн щих на вход счетчика 22, и код N пропорциональны величине f. Время, необходимое для функционального преобразования, не превышает длительности периода выходного напряжения генератора 13. Изменение режимов работы преобразователя путем коммутации его узлов осуществляет блок 18 управле1шя. Основные его функции состоят в следующем. В режиме линейного аналого-цифрового преобразования сигнал на выходе управле1шя режимами блока 18 имеет уровень, открьшающий по соответствующим входам элементы И 23, 24 и закрьгаающий элемент И 25. Кроме этого сигнал обеспечи- . вает коммутацию уэлов преобразования, необходимую для вьшолнення линейного кодирования входного напряжения. При этом код NX на выходе счетчика 26 постоянно соответствует ве;шчине входного напряжения Увх ли скорость изменения входного сигнала не превышает допустимой. . По сигналу Запуск блок 18 управления формирует сигнал с, уровнем, запрещающим прохождение импульсов генератора 21 через элементы И 23, 24 и разрешающим прохождение сигналов формирователя 17 через элемент И 25. При этом ключи 28-31 изменяют коммутацию узлов преобразователя, переводя его в режим футсционального преобразования цифрового эквивалента входного напряжения. Одновременно усташвшэаются в исходные состояния триггер 19 и счетчик 22 оп-налом с выхода установки исходного состояния блока 18 управления. Длительность этого сигнала, обеотечивающего режим функщгонального преобразавания,определяется временем, необходимым для функционального преобразования кодового эквивалента входного напряжения. После (жончання функционального преобразования Ц11фровое значение воспроизводимой функции, зафиксир(жанное в счетчике 22, соответствует величине входного напряжения в момент поступления импульса на вход Зэлуск л преобразователь переводится в режим линейного кодирования напряжения. Для предотвращения сбоев в работе преобразователя, вызьгоаемых коммутаигней его узлов при изменении режимов, блок 18 вырабатьшает сигнал на выходе управления переходными процессами при переходе преобразователя из одного режима работы в другой. Описанньш преобразователь совмещает линейное преобразование напряжения постоянного тока в цифровой код и функциональное преобразование цифрового кода в код, что позволяет применять его и для функционального, и для линейного кодирования напряжения постоянного тока при значительной экономии оборудования. Формула изобретения Функциональный преобразователь, содержащий сумматор ; масштабным резистором обратной связи, вход которого через перв-ш масщтабньш резиcrop соединен с выходом первого двухпозиционного ключа, через второй масштабный резистор - с выходом второго двухпозиционного ключа и через последовательно соединенные третий масштабный резистор и первый цифровой управляемый делитель напряжения - с выходом третьего щ&ухпозиционного ключа, входы первого и третьего двухпо зиционных ключей соединены соответственно с выходами фазосдвигатеяя, а входы второго двухпозиционного ключа подключены к выходам генератора синусоидального напряжения, к входу фазосдвигатеяя и первому входу первого блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход указанного блока сравнения через первый формирователь соединен с первым входом триггера, установочный вход которого подключен к выходу блока управления, выход второго блока сравнения соединен с входом второго формирователя, выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, выход элемента И соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом блока управления, а выход счетчика является первым выходом преобразователя, отличающийся тем, чгто, с целью расширения функциональных возможностей, он содержит дополнительные элементы И, реверсивный счетчик, источник опорного напряжения и управляемые ключи, управляющие входы которых подключены к выходу блока управления, выход источника опорного напряжения соединен с первым входом первого управляемого ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, выход первого управляемого ключа через второй цифровой управляемый делитель

напряжения соединен с выходом второго управляемого ключа, входы которого соответственно подключены к первому входу третьего управляемого ключа и через четвертый масштабньш резистор к входу сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего управляемого ключа, а выходы третьего и четвертого управляемых ключей соединены соответствешю с входами второго блока сравнения, выход которого подключен к первым входам первого и второго дополнительных элементов И, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего дополнительного элемента И и выходами блока управления, выход генератора импульсов соединен с четвертыми входами первого и второго дополнительных элементов И, выходы которых подключены к входам реверсивного счетчика, выход которого является вторым выходом преобразоваК11Я и соединен с управляющими входами цифровых управляемых делителей напряжения, выход третьего дополнительного элемента И соединен с вторым входом триггера, первый вход четвертого управляемого ключа является входом преобразователя, а его второй вход соединен с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

ЬЗзо

0/7

15

н

/А

У5

Запуск

У5

и

23

5;

-Ц

2/

2«

-

25

19