Преобразователь перемещений в код Советский патент 1980 года по МПК G08C9/06 

1

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использовано в системах программного управления, телеуправле- ,. ния, контроля и т.п.

Для преобразования линейных и угловых перемещений в код применяются преобразователи. Особенностью этой группы преобразователей является нали-jQ чие кодовой шкалы, позволяющей каждому квантованному уровню перемещения поставить в соответствие определенную кодовую последовательность. Кодовая шкала жестко связана с объектом, перемещение которого преобразуется в код. Код считывается при помощи блока считывакицих элементов. Конструктивно наиболее просты однодорожечные кодовые шкалы, выполненные в виде кодового кольца.

Один из известных преобразователей содержит в качестве кодовой шкалы кодовое кольцо OOOlOill и три чувствительных элемента, расположенных вдоль25 дорожки с интервалом в один шаг квантования-1/8 длины дорожки. При .этом кеикдому из восьми положений кодовой шкалы соо ветствутот неповторяюпЩеся трехразрядные кодовые комбинации; JQ

000, 001, 010, 101, 011, 111, 110, 100 1..

Недостатками устройства являются наличие ошибок считывания, возникгиощих на границах квантования, и необходимость размещения чувствительных элементов с интервалом в один шаг квантования. Обладая конечными размерами, чувствительные элементы не позволяют разбивать шкалу на большое число квантованных условий, так как при этом уменьшается шаг Квантования, Это ограничивает расширение диапазона преобразования. К недостаткам .следует отнести и то, что точность преобразования .не может превышать величины шага квантования кодовой шкалы.

Другим техническим решением является известный преобразователь угла в код, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов, оптически связанных с кодовой шкалой, а выходы блока считывающих элементов подключены к блоку преобразования комбинаторного кода в двоичный, состоящему из генератора импульсов, регистра сдвига, кольце-i

вого коммутатора, дешифратора исходных комбинаций и блока -разветвлений р

К ocHOBHbJM недостаткам указанного устройства относятся невысокая точность, а также сложность преобразования комбинаторного кода в двоичный.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь-перемещений в код, р содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов, выполненный в виде полу- проводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывающих элементов, выход которого подключен к- первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй выход генератора импульсов подключен к первому входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно к второму входу формирователя младших разрядов кода и к первому входу регистра сдвига, второй вход которого ;;соединен с выходом счетчика, выход регистра сдвига подключен к блоку преобразования комбинаторного кода в двоичный.

Недостатком такого устройства является его сложность. Для преобразования комбинаторного кода в. двоичный необходимо постоянное заполотнанядее устройство, объем памяти которого резко возрастает с увеличением разрядности преобразователя.

Цель изобретения - упрощение преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов в виде полупроводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шксшой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывающих элементов, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй выход генератора импульсов подключен к первому входу фор мирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно , к второму входу формирователя младших разрядов кода и первому входу регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом счетчика, введены элемент совпадения, элемент неравнозначности, два триггера, элемент ИЛИ

и регистр выходного кода, второй вы-. ход формирователя импульсов грубого отсчета соединен с первыми входами элемента совпадения и элемента неравнозначности, вторые входы которых подключены к первому выходу регистра сдвига, выходы элемента совпадения и элемента неравнозначности соединены с входами первого и второго триггеров соответственно, вторые входы котс)рых подключены к второму выходу счетчика, второй выход регистра сдвига подключен к первому входу регистра выходного кода, второй вход которого соединен с третьим выходом счетчика, выходы триггеров через элемент ИЛИ подключены к третьему входу регистра выходного кода.

Структурная схема преобразователя представлена на чертеже.

Преобразователь содержит кодовую шкалу 1, блок 2 считывающих элементов , генератор импульсов 3, формирователь 4 младших разрядов кода, формирователь 5 импульсов грубого отсчета, регистр сдвига 6, счетчик 7, элемент совпадения 8, элемент неравнозначности 9, первый триггер 10, второй триггер 11, элемент ИЛИ 12, регистр 13 выходного кода.

Принцип работы устройства следующий. Код, нанесенный на шкалу 1, состоит из п-разрядных групп. Разряды каждой группы составляют двоичный номер 1 данной группы, поскольку каждый разряд такой последовательности закреплен за своим уровнем квантования шкалы, то номер N данного разряда во всей последовательности является числовым эквивалентом величины перемещения. Для определения номера N необходимо знать номер группы К, в котором содержится данный разряд, и номер t данного разряда в своей группе. Тогда .n+t- Поскольку на шкале группы идут друг за другом без отличительных отметок, необходимо считывать не менее 2 п разрядов, тогда одна группа наверняка считается целиком, а избыточные разряда помогут найти границу группы и.правильно определить номер группы k . Сдвиг данной группы от начала считываемых разрядов соответствует величине t.

Для данного примера: ОНО. 011.1 Л. OQO

Рассмотрена часть последовательности, состоящая иэ трех 4-разрядных групп, номера К которых 6,7,8 (группы разделены для удобства точками, хотя кодовой шкале таких меток нет).Считывание 2п разрядов (в данном случае 8) подчеркнуть. Начало считываемых разрядов справа. Необходимо определить, какой номер N у разряда, который попал в середину справа считываемых разрядов (подчеркнуть сверху). Этот разряд находится в группе с номером , а группа сдвинута от начала счи тываемых разрядов на величину , которая совпадает с номером указанного разряда в группе (нумерация сле ва направо с числа 0). Тогда N 7-4+2 30. Основная задача состоит в правиль ном нахождении границы группы. Необходимо отметить, что указанная после довательность образуется последовательной записью состояний двоичного счетчика. Построим вспомогательную последовательность, заменив асболютные значения поразрядными приращениями. Обозначим положительное приращение (переход от О к 1 в данном разряде) через 1, отрицательные - через О а отсутствие приращений - через X. Тогда, например, переход от числа 60110 к числу 7-0111 запишется как XXXI, переход от числа 7-0111 к числу 8-1000 запишется как 1000 и т.д. Из этих полученных групп и строится вспо могательная последовательность. Грани цы групп в обоих последовательностях совпадают. По 2п разрядам основной последовательности можно определить п разрядов вспомогательной последовательности и найти границу группы, т.е определить сдвиг t. При этом группы типа XXXI (только одно положительное приращение в младшем разряде) будут чередоваться с группами типа ХЮО (отрицательные приращения в младших разрядах с одним положительным на границе перехода к отсутствию приращения) . Это подтверждается при рассмотрении работы двоичного счетчика. Отрй Цательные приращения указывают на распространение переноса, а положительные (только одно) на конец рас пространения. А так как положительные приращения в младшем разряде двоичного счетчика чередуются с отрицательными, то этим и объясняется чередова ние указанных групп. Поэтому для выработки алгоритма определения границы группы можно рассмотреть лишь час вспомогательной последовательности (остальные имеют аналогичный вид): X X X ,1 X 1 О О. XXXI Правая граница любой группы обязател но начинается с приращения (положи тельного или отрицательного). Поэтому если- в считанные п разрядов, которые соответствуют 2п разрядам в основной последовательности, попадают меньше двух положительных приращений (одно или ни одного) то.граница находится на крайнем прирашении (положительном или отрицательном) справа, если встр чаются два Положительных приращения (подчеркнутые разряды),то граница на ходится на втором (считая слева) положительном приращении. Преобразователь перемещений в код работает следующим образом. Код на кодовой шкале 1 представлен комбинацией штрихов, It соответствует наличии) штриха, О - отсутствию штриха. Изображение кодовой шкалы 1 проецируется на блок 2 считывающих элементов, выполненный в виде блока элементов с зарядовой связью, число которых равно (2п + 1 )т,где - m - количество-разрядов точного отсчета. Все считывающие элементы расположены равномерно. Одному считывающему элементу соответствует квант перемещения. Светочувствительные элементы блока 2, получившие при освещении электрический заряд, пропорциональный уровню освещенности, запоминают его. Это соответствует перенесению изображения кодовой шкалы 1 на блок 2. Элементы блока 2, получившие заряд, могут работать в режиме регистра сдвига, поэтому при подаче на тактовые входы блока 2 сигналов с выхода генератора импульсов 3 электрические заряды, полученные при освещении, перемещаются на выход, где преобразуются в импульсы. Наличие штриха на кодовой шкале 1 соответствует наличию импульса на выходе блока 2. Количество тактовых импульсов, необходимое для считывания информации со всего блока 2, равно количеству (2n+l)m светочувствительных элементов. Число тактовых импульсов с генератора 3 подсчитывается одновременно в т-разрядном счетчике формирователя 4. Импульсы переполнения счетчика формирователя 4 поступают на входы формирователя 5 и счетчика 7. При появлении первого импульса на выходе блока 2, соответствующего 1 информации, производится опрос состояния счетчика формирователя 4 импульсом, поступающим с выхода формирователя 5. Состояние счетчика формирователя 4 соответствует в этот момент младшим разрядам выходного кода преобразователя, поскольку определяется числом светочувствительных элементов от начала блока 2 до местоположения первого разряда кодовой шкалы 1, спроецированной на блок 2, После считывания показаний счетчика формирователя 4 и образования младших разрядов выходного кода преобразователя в счетчике формирователя 4 устанавливается код т/2 и счет выходных импульсов генератора 3 продолжается. Старшие разрядывыходного кода вводятся в регистр 6 при помощи импульсов сдвига, поступающих с выхода счетчика формирователя 4 через счетчик 7, До появления первой единицы кода в регистр б заносится столько нулей, сколько импульсов сдвига выработается в формирователе 4 к этому времени. С момента формирования младших разрядов кода импульсы сдвига вырабатываются до конца цикла преобразования с интервалом т тактов при начальном смещении т/2 .тактов. Первый из этих им- .

пульсов сдвига заносит в регистр б первую единицу, а последующие - остальные значения разрядов. При этом получается, что информация с выхода блока 2 поступает в формирователь 5 в серединах интервалов, образованных импульсами -сдвига., что позволяет устранить неоднозначность считывания кодов на границах квантования.

Проходя через п - разрядный сдвиговый регистр 6, информация появляется на его выходе с Зсщержкой в п .тактов. Таким образом появляется возможность анализировать одноименные разряды соседних групп в основной последовательности. Элемент 8 совпадения выделяет положительные приращения а элемент 9 неравнозначности - любые приращения. При поступлении неравнозг начных разрядов на входе элемента 9 последний вырабатывает сигнал установки в ноль триггера 11, который был первоначально установлен в этом выходной сигнал с триггера 11 поступает через элемент ИЛИ 12 на синхронизирующий вход регистра 13, который принимает текущее значение разрядов счетчика 7 (кроме старшего разряда) и регистра 6. Согласно описанному алгоритму, в данный момент в регистре - б может .при сутствовать код номера группы К, а в счетчике 7 - код сдвига t.C выхода элемента 8 совпадения вырабатываются сигналы положительных приращений, ко торые поступают на счетный вход триг гера 10 и, если приходит второй сигнал положительного приращения, то триггер 10 (используется как делител на 2) вырабатывает сигнал, который через элемент ИЛИ 12 также поступает на синхронизирующий вход регистра 13 переписывая окончательные коды К и t Если второго положительного приращения нет, то в регистре 13 остается старое значение, которое является правильным. Старший разряд счетчика запрещает в течение первых п тактов работу триггеров 10, 11, устанавлива соответстве в них значения но. Это необходимо .для прохождения первого считанного разряда через регистр 6. Следует отметить, что при (где t - целое положительное число) вычисления по формеле N Kn+t сводя ся к простому составлению чисел К и t,. при этом t занимает t младших, а К-п старших разрядов числа N. В предложенном устройстве одни и те же конструктивные узлы имеют возможность одновременного получения грубого и точного отсчетов. Грубый отсчет осуществляется за счет считывания п-разрядного кода К и определе ния его положения кодом t,обеспечива точность измерения 1 (,n), а точный отсчет обеспечивается внутришаговым делением на величину m чувствительных элементов, размещенных на одном шаге квантования шкалы.

Основным преимуществом предлагаемого устройства является наличие на его выходе арифметического кода, что устраняет использование кодопреобразователя и уменьшает количество оборудования по сравнению с прототипом. Новый вид кодирования универсален и позво.ляет формировать кодовые шкалы для кодов любой разрядности и с любым основанием, а также такие, как двоично-десятичные.

Технико-экономический эффект от внедрения заявляемого устройства на данном этапе подсчитать не представляется возможным.

изобретения

Формула Преобразователь перемещений в код, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов, .выполненный в виде полупроводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывания элементов, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй выход генератора импульсов подключен к первому входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно к второму входу формирователя младших разрядов кода и первому входу регистра сдвига, второй вход которого соединен-с выходом счетчика, отличающийся тем, что, с целью упрощения, сокрашения оборудования и расширения функциональных возможностей, в него введены элемент совпадения, элемент неравнозначности, два триггера, элемент ИЛИ и регистр выходного кода, второй . выход формирователя импульсов грубого отсчета соединен с первыми входами элемента совпадения и элемента неравнозначности, вторые входы которых подключены к первйму выходу регистра сдвига, выходы элемента совпадения и элемента неравнозначности соединены с входами первого и второго триггеров соответственно, вторые входы которых подключены к второму выходу счетчика, второй выход регистра сдвига подключен к первому входу регистра выходного кода, второй вход которого соединен с третьим выходом счетчика, выхода триггеров через элемент ИЛИ подключены к третьему ,входу регистра выходного кода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 388290, М, кл. а 08 С|9/04, 1973. . :{афин Ю. С. и др. Комбинаторны 3910 шкалы в системах автоматики, М., Энергия,1973,с.31-32,58-60, рис.10, 11.28. 3. Авторское свидетельство СССР по заявке 2476635/18-24, , кл. 5 08 С 9/06, 1977 (прототип).