Тригонометрический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G7/22 

(54) ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИЙ НРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении специализированных вычислительных устройств, реализующих обратные тригонометрические преобразования.

Известен арксинусный преобразователь, содержащий операционный усилитель, два резистора, конденсатор, три ключа, схему ИЛИ-НЕ и резистивно-емкостный фильтр, в котором вычисляется аппроксимированная функция 1.

Недостаток преобразователя - низкая точность и необходимость применения прецизионных аналоговых узлов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является многофункциональный преобразователь, содержащий реверсивный счетчик, схему сравнения, генератор тактовых импульсов, два коммутатора, а также блоки решающих усилителей и делителей напряжения, и обеспечивающий, в частности, арксинусное и арккосинусное функциональные преобразования 2.

Принцип действия устройства основан на аппроксимации требуемой функциональной зависимости рядом Тейлора с числом

членов, равным трем. Вследствие аппроксимации требуемой зависимости рядом с конечным число.м членов данное устройство обладает недостаточной точностью функционального преобразования, которая также существенно зависит от значения аргумента. Другим недостатком преобразователя является наличие большого количестве прецизионных аналоговых делителей, решающих усилителей и коммутаторов. При этом, поскольку разложения функций арксинуса

10 и арккосинуса существенно различаются, то для их совместной реализации необходимо большое количество дополнительных аналоговых узлов.

Цель изобретения - повыщение точности.

Указанная цель достигается за счет того,

15 что в тригонометрический преобразователь, содержащий реверсивный счетчик и два переключателя, введены опорный и подстраиваемый генераторы, дискриминатор мгновенных значений, фазовый детектор, счетный 20 триггер, делитель частоты, блок сравнения кодов, элемент И и элемент задержки, причем выход прямоугольного сигнала опорного генератора соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого подключей к прямому выходу счетного триггера, а выход - к входу подстраиваемого генератора, выход последнего соединен с первым входом блока сравнения кодов и с входом делителя частоты, первый выход которого соединен с входом счетного триггера, выходы которого через первый переключатель связаны с управляющим входом элемента И, второй выход делителя частоты соединен с вторым входом блока сравнения кодов, выход которого через элемент И связан с первым входом дискриминатора мгновенных значений и через элемент задержки - со счетным входом реверсивного счетчика, выход синусоидального сигнала опорного генератора подключен к второму входу д}искриминатора мгновенных значений, третий вход которого является входом тригонометрического преобразователя, первый и второй выходы дискриминатора мгновенных значений через второй переключатель связаны с управляющим входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом блока сравнения кодов и является выходом тригонометрического преобразователя.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержат опорный генератор 1, дискриминатор 2 мгновенных значений, фазовый детектор 3, счетный триггер 4, переключатель 5, элемент 6 И, делитель 7 частоты, блок 8 сравнения кодов, элемент 9 задержки, реверсивный счетчик 10, подстраиваемый генератор 11, переключатель 12.

Преобразователь работает следующим образом.

Прямоугольный выходной сигнал опорного генератора 1 частотой f поступает на фазовый детектор 3. За счет действия обратной связи в астатической системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), включающей фазовый детектор 3, счетный триггер 4, делитель 7 частоты и подстраиваемый генератор 11, частота и фаза сигнала, поступающего с вь1хода триггера 4 на вход фазового детектора 3, совпадают с частотой и фазой сигнала опорного генератора 1. При этом период колебаний подстраиваемого генератора равен TI 2, где N - емкость делителя 7 частоты. В зависимости от вида функционального преобразования с выхода элемента 6 И на вход дискриминатора 2 мгновенных значений поступают импульсы расположенные в фазе (-) + 2 К, либо в фазе (- ) + 2К соответственно при генерации функций арксинуса и арккосинуса, что определяется положением переключателя 5. Блок 8 осуществляет выделение К-го импульса (, где К и N - соответственно код в реверсивном счетчике 10 и его емкость) из каждых N колебаний подстраиваемого генератора 11. Другими словами, на выходе блока 8 формируются импульсы, задержанные на время КТ| относительно сигналов переноса делителя 7 частоты,соответствующих фазе ± 90 синусоидального напряжения на выходе опорного генератора 1.

Через элемент 6 И проходят те импульсы блока 8, которые соответствуют только нарастающим или только убывающим участка.м синусоидального сигнала, в зависимости от положения переключателя 5.

Импульсы, поступающие с выхода элемента 6 И, стробируют дискриминатор 2. Дискриминатор 2 мгновенных значений в моменты поступления на его управляющий вход стробирующих импульсов с выхода элемента 6 И осуществляет сравнение напряжения Ux, поступающего с входной клеммы преобразователя, с синусоидальным напряжением на выходе опорного генератора 1, мгновенные значения которого равны Uj|

AcosM , либо Us - А , причем срабатывание дискриминатора 2 происходит при Us Каждый импульс, поступающий на вход дискриминатора 2, вызывает также изменение на ± 1 кода в реверсивном счетчике 10, при условии срабатывания дискриминатора 2. Направление счета зависит от режима функционального преобразования;в случае арксинусного преобразования срабатывание дискриминатора 2 вызывает у.меньщение кода в реверсивном счетчике 10, а в случае арккосинус-преобразования срабатывание дискриминатора 2 вьЕЗывает увеличение кода в счетчике 10 на 1.

Числу К, записанному в реверсивном счетчике 10, соотвегствует число периодов подстраиваемого генератора 11, на которое задержаны выходные импульсы блока 8 относительно переднего фронта импульсов на входе фазового детектора 3. Поэто.му в установившемся режиме фаза стробирования дискриминатора 2 соответствует равенству и и А sin-, либо и А cos соответственно для функций арксинуса и арккосинуса. Отсюда код в реверсивном счетчике К N arc sin . либо К N arccos .

Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает арксинусное и арккосинусное функциональные преобразования с выходом сигнала в цифровой форме и с более низкой, не зависящей от значения аргумента, погрещностью чем у известного. В то же время число аналоговых узлов в предлагаемом устройстве существенно меньще чем у известного, что повыщает надежность работы устройства и облегчает его интегральное исполнение. К его преимуществам относится также простота коммутации при п ереходе от одного вида функционального преобразователя к другому.

Погрешность предлагаемого преобразователя определяется такими факторами, как коэффициент нелинейных искажений синусоидального сигнала, нестабильность

порога дискриминатора мгновенных значений и фазовая погрешность системы ФАПЧ. Известными методами все эти составляющие могут быть уменьшены до величины, не превышаюшей сотые доли процента, что определяет технико-экономический эффект от применения изобретения.

Формула изобретения

Тригонометрический преобразователь, содержаш,ий реверсивный счетчик и два переключателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены опорный и подстраиваемый генераторы, дискриминатор мгновенных значений, фазовый детектор, счетный триггер, делитель частоты, блок сравнения кодов, элемента И, элемент задержки, причем выход прямоугольного сигнала опорного генератора соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого подключен к прямому выходу счетного триггера, а выход - к входу подстраиваемого генератора, .выход которого соединен с первым входом блока сравнения кодов и с входом делителя частоты, первый выход которого соединен с входом счетного триггера, выходы которого через первый переключатель связаны с управляющим входом элемента И, второй выход делителя частоты соединен с вторым

j входом блока сравнения кодов, выход которого через элемент И связан с первым входом дискриминатора мгновенных значений и через элемент задержки - со счетным входом реверсивного счетчика, выход синусоидального сигнала опорного генератора

0 подключен к второму входу дискриминатора мгновенных значений, третий вход которого является входом тригонометрического преобразователя, первый и второй выходы дискриминатора мгновенных значений через второй переключатель связаны с управляющим входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом блока сравнения кодов и является выходом тригонометрического преобразователя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

№ 525123, кл. G 06 G 7/26, 1974 (прототип).