Функциональный преобразователь напряжения в код Советский патент 1982 года по МПК H03K13/17 

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

В КОД

Изобретение относится к и мерител ной и вычислительной технике и может быть использовано в различных информационно-измерительных системах. По основному авт. св. № 822347 известно устройство, содержащее аналоговый коммутатор, усилитель, блок сравнения, цифро-аналоговый преобраз ватель, устройство управления, пораз рядный функциональный преобразователь сумматор, запоминающее устройство, входы аналогового коммутатора соединены с входной клеммой, выход аналогового коммутатора через усилител соединен р первым входом блока сравнения, второй вход усилителя соединён с выходом цифро-аналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами сумматора и входами поразрядного функционального преобра зователя, входы сумматора соединены свыходами запоминающего устройства, входы управления аналогового коммутатора, усилителя, поразрядного функ ционального преобразователя, сумматора, запоминающего устройства соединены с выходом устройства управления. В основу работы положен итераци онный процесс 1. Однако это устройство обладает ограниченным быстродействием. Выпапнение преобразования напряжения в код в нем по алгоритму поразрядного уравновешивания не позволяет достичь высокого быстродействия. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Цель достигается тем , что в функциональный преобразователь напряжения в код, содержащий аналоговый коммутатор, усилитель, блок сравнения, цифро-аналоговый преобразователь, устройство управления, поразрядный функциональный преобразователь, сумматор, запоминающее устрКэйство, входы аналогового коммутатора соединены с входной клеммой, выход аналогового . коммутатора через усилитель соединен с первым входом блока сравнения, второй вход усилителя соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами сумматора и входами поразрядного функционального преобразователя, входы сумматора соединены с выходами запоминающего устройства, входы управления аналогового коммутатора, усилителя, поразрядного функциональног о преробразователя, сумматора, aai поминающего устройства соединены с выходами устройства управления, введены последовательно соединенные шифратор и блок округления, включенные между выходом блока сравнение и входами запоминающего устройства, и блок управления итерациями, первый и второй входы которого подключены к соответствующим входам запоминающего устройства, первый вход блока управления итерациями подключен также к второму входу блока сравнения, третий вход - к выходу устройства управ ления, выход - ко входу поразрядного функционального преобразователя, вхо ды управления блока управления итерациями и блока, сравнения соединены с выходами устройства управления. На фиг.1 представлена.;структурная схема функционального преобразовател напряжения в код; на фиг.2 - пояснение процесса квантования в устройстве. Устройство содержит аналоговый коммутатор I, усилитель 2, блок срав нения 3, цифро-аналоговый преобразов тель 4, устройство управления 5, .сум матор 7, запоминающее устройство 8, шифратор Э, блок округления 10, блок управления итерациями 11, входные клеммы 12 устройства. Поразрядный функциональный преобразователь 6 выполнен, например, на arth d 1 4,0813 0,2554 0,0626

1 8,0413 . 8,0008 8,0000 0,1257 10,0156 0,00195 0,00024

4,0000 0,0009 основе регистров 13 и 14, сумматоров 15 и 16, блоков сдвига 17 и 18 и цифрового переключателя 19.. . Усилитель 2, блок сравнения 3, цифро-аналоговый преобразователь 4, сум-, матор 7, запоминающее устройство 8, шифратор 9 ,.блок округления 10 образуют преобразователь напряжения в код параллельно-последовательного уравновешивания с искусственным порядком весов.разрядов кода. Для обеспечения искусственного порядка весов разрядов кода коэффициент передачи М (усилителя 2 изменяется по тактам уравновешивания по соотношению WrM.-,A.-,A,r:, где М I 1; к- )к- веса разрядов кода на тактах уравновешивания i-1 и i. Для выполняемых функциональных преобразований напряжения в код и основании системы счисления dL И ..j larctg при образовании тригонометрических зависимостей, larthd при образовании типерболических зависимостей, Q,jj при образовании экспоненциальной зависимости. Значения величин А и 01; по тактам уравновешивания i представлены в таблице. 4,0049 4,0002 0,0156 0,0039 Ксмлпенсирующие напряжения ° тактам уравновешивания i формируютс путем суммирования эталонных напряж ний, пропорциональных весам разрядо кодов m у Q ц. VNP 4 48Kj v i1 i3Ki масштаб преобразования; где т., знак результата сравнения, при квантовании напряжения к нижней границе кванта |. при квантовании напряжения к верхней границе кванта i -1; результат сравнения неском пенсированного напряжения с равномерной шкалой эл:алон ных напряжений . у j - -- А. . ,jeo,AV .,с1-1 при формировании тригонометрических и экспо ненциальной зависимостей; .А- при формировании гиперболических зависимостей;за нижнюю границу кванта j шкалы эталонных напряжений принимаются эталонные напряжения + Uj , верхней границе этого кванта шкалы эталонных напряжений соответствуют эталонные напряжения

Продолжение Вычисление суммы в цифровой форме позволяет получить код N NX преобразуемого напряжения Ux. По результатам сравнения х и j формируются коды ,H . Хц путем вычисления по тактам уравновешивания двух взаимосвязанных величин для тригонометрических зависимостей по соотношениям N для гиперболических зависимостей по соотношениям Y,,,v..f ,А;Х, -, . ,,4, для экспоненциальной зависимости по соотношению ,. В каждом такте уравновешивания вычисление по этим соотношениям повторяются d раз. Постоянство числа тактов вычисления позволяет учесть масштабную деформацию величин, присущую методу вычислений цифра за цифрой , сохранить постоянными коэффициенты деформации k и k, и получить коды без масштабного изменения величин. Увеличение числа тактов вычисления для сохранения их числа постоянным учитывается в тактах урав новешивания введением двух способов квантования напряжений - квантования напряжений к нижней и верхней границам соответствующего кванта шкалы эталонных напряжений. Для выполнения такого квантования результат сравнения х округляется: вырабатывается результат х; при квантовании напряжения к нижней границе кванта Х I и результат х при квантовании напряжения к верхней границе кванта. Первые такты вычисления ве-:ВЫПОЛНЯЮТСЯ со знаком величины . , остальные d- х такты вычисления - со знакочередующи мися знаками и -. Последние вычисления выполняются для сохранения числа тактов вычисления постоянным. При формировании тригонометрических функциональных зависимостей число тактов вычисления величин х-, , может быть равным d .Вычисление экспоненциальной зависимости не сопровождается масштабными деформациями величин, поэтому число тактов вычисления величины дляэтой зависимости может составлять х-, На всех тактах уравновешивания и вычислении X для этой функции возможно применение постоянного значения f Для вычисления суммы в устройстве используются сумматор 7 и запоминающее устройство 8, в котором хранятся предварительно вычисленные константы х- Q .коды с выхода сумматора 7 пе редаются в цифро- аналоговый преобра зователь 4, который вырабатывает CO ветствующие им компенсирующие напря жения . Вычисление величин х и выполняется в поразрядном функциональном преобразователе б с примене нием регистров 13 и 14, блоков сдви га 17 и 18 и сумматоров 15 и 16. В регистре 13 фиксируется очередное значение к- в регистре 14 - Операидии умножения на 2 и 2 заменяются операциями сдвига на 1-1 и i разрядов содержимого регистров 13 и 14 с помощью блоков сдвига 17 и 18 с последующей передачей на вхо ды сумматоров 15 и 16. Цифровой переключатель 19 соединяет вход сумма тора 15 при формировании тригономет рических и гиперболических функций с выходом блока сдвига 18, при формировании экспоненциальной зависимости - с выходом блока сдвига 17. По сигналу - сумматоры 15 и 16 вы полняют сложение или вычитание вели чин по указанным формулам для вычис ления X Функциональный преобразователь наряжения в код работает следующим бразом. Устройство управления 5 вырабатывает сигналы, задающие последовательость работы во времени различных схем преобразователя. По сигналу стройства управления 5 преобразуемое напряжение аналоговым коммутатором 1 через усилитель 2 передается на вход блока сравнения 3. Коэффициент передачи усилителя 2 устанавливается в зависимости от режима формируемой функциональной зависимости и номера такта уравновешивания. В блоке сравнения 3 преобразуемое напряжение сравнивается с равномерной шкалой эталонных напряжений. Шифратор 9 по результатам сравнения вырабатывает код х результата сравнения, который передается в блок округления 10. Последний формирует величины Xio и i в зависимости от выполняемого квантования преобразуемого напряжения. Выполнение квантования поясняется фиг.2с( , на которой изображены положения шкалы эталонных напряжений U при в соседние такты уравновешивания и изменения преобразуемого сигнала после усиления его усилителем 2. При n aL и попадании преобразуемого напряжения в четный квант шкалы эталонных напряжений, его квантование выполняется к нижней границе кванта, результат сравнения Xj не корректируется, т.е. х -д , и ; 1. При попадании преобразуемого напряжения в нечетный квант шкалы эталонных напряжений х - х - и -1. В этом случае блок сравнения 3 по сигналу с выхода блока округления 10 перестраивает свою работу для сравнения нескомпенсированной разности напряжений на следующем шаге. Возможны два варианта построения блока сравнения 3 и соответствующие им режимы перестройки работы. В блоке сравнения 3 с неизменной шкалой эталонных напряжений при квантовании напряжения к верхней границе кванта в данном такте уравновешивания в следующем такте уравновешивания сравнению подвергается нескомпенсированная разность дих преобразуемого и компенсирующего напряжений с противоположным знаком (фиг.2 8 ) . Изменение знака напряжения /iUj( можно получить, например с помоцью дополнительного инвертора в цепи передачи этого сигнала. В блоке сравнения 3 с подачей напряжения на схемы сравнения без изменения знака при квантовании напряжения к верхней границе кванта шкалы этсшонных напряжений в следующем такте уравновешивания для сравнения используются равномерная шкала эталонных напряжений - Oj (фиг.26 ) . На остальных тактах уравноваиивания всегда при х-д х,- для сравнения н следующем такте сохраняется шкаша эталонных напряжений, при х .j х,для сравнения на следующем такте выставляется шкала эталонных напряжеНИИ со знаками напряжений, противоположными знакам напряжений шкалы эталонных напряжений данного такта. По результатам округления из запоминающего устройства 8 на входы сумматора 7 со знаком, определяемым f. , поступают константы х- Q . Результаты округления х ,-д , признак функциональной зависимости k и номер такта уравновешивания i образуют адрес ячейки запоминающего устройства 8, из которой извлекается очередная константа. В сумматоре 7 вырабатывается код компенсирующего напряжения. Этот код с выхода сумматора 7 поступает в цифро-аналоговый преобра зователь 4, на выход которого выдает ся соответствующее ему компенсирующее напряжение UK . Компенсирующее напряжение Оц- вычитается из-преобра зуемого напряжения U х . Напряжение л Uy- V усиливает ся во втором такте уравновешивания с коэффициентом передачи А г и вновь сравнивается со шкалой эталонных напряжений. Последовательность операций шифрации, округления, выработки кодов и компенсирующего напряжения повторяется. Всего выполняется п так тов уравновешивания. После каждого такта уравновешивания в цифровом функциональном преобразователе б выполняются такты вычис ления величин х,. , -yj . Результаты округления х преобразуются в блоке управления итерациями 11 во временную последовательность сигналов управления режимов работы сумматоров 15 и 16. Во время первых х ,-д тактов на входы управления сумматоров выдается постоянный сигнал, соответствую щий j , в остальных d- х тактах сумматоры поочередно выполняют опера ции сложения и вычитания. В первом такте вычисления в регистры 13 и 14 заносятся величины х, -у соответственно. В сумматорах 15 и 16 по f- 1 и выполняетсяодин цикл ( d тактов) вычислений, и новые значения х Q и фиксируются в регистрах 13 и 14. Всего выполняет ся п циклов вычисления величин х , , после чего в сумматоре 7 форми руется код преобразуемого напряжения N, N, в регистрах 13 и 14 коды N; и Nj. (функционсшьно связан ные с преобразуемым напряжением Uyj Формирование определенных кодов имеет следующие особенности. коды N,--N,; -. Nj C03-; :0-, 1141 / 0,66991 1 Vn-V - V KoдыN,--,)l Kls c1l4: х,о; х. Vi hri/T/jili T:)iH,0660&; . Коды N,--NX-. N(,, e nКоды координат х и у точки М при выполнении операции поворота осей координат для тригонометрических функЦий .-,,,„-, , X., . nНапряжения UXM, U, соответствующие координатам х и у точки М, при коэффициенте передачи усилителя 2 kx,; М, k ,,66392 преобразуются в коды N х(,л и N.,jM в сумматоре 7. Эти коды из сумматора 7 передаются в регистры 13 и 14, где они используются в качестве исходных данных для выполнения операции поворота осей коор-, динат. Далее при Кч, 1 преобразуется напряжение и, соответствующее углу поворота осей координат, и одновременно вычисляются величины х- , -ц , которые являются координатами точки М при новом положении осер координат: Xw-X COst V sinV-, V °3-VS Коды координат х и у точки М при выполнении операции поворота осей координат для гиперболических функ «N/.. . . V nРабота устройства в этом режиме отличается от работы в предшествующем тем, что устанавливается коэффициент передачи усилителя 2, равным , k l/k 1,06608 при преобразовании напряжений U хм и UNJ величины х и вычисляются по соотношениям X;, + , х;- о11М-У 9Ъ. Коды координат х и у точки М при выполнении преобразования из полярной системы координат в прямоугольную систему координат для тригонометрических функций m7 VNMV-%Mi N-,«0-,X,,NR N,-,Y . ia--4Напряжение Ufj , соответствующее радиус-вектору точки М при коэффици енте передачи усилителя 2 k,y М , k 0,66392 преобразуется в код Nfjw , к торый в качестве исходной величины вводится в регистр 13. После преобр эования напряжения и,, при ky 1 и вычислении х, у„ вычисляются коорд наты точки по соотношениям ., Коды координат х и у точки М при преобразовании из полярной систи 1ы координат Б прямоугольную систему координат для гиперболических функ,( . . . отличие от прешествующёго режда устанавливается k,j 1,06608 и выполняются такты вычисления по формулам X rR Cllif; : M RMShV. Таким образом, в предлагаемом ус ройстве на единой алгоритмической о

(S.

12

нове формируются коды, связанные широким набором Функциональных зависимостей с преобразуемым напряжением. Формула изобретения Функциональный преобразователь напряжения в код по авт. св. 822347, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные шифратор и блок округления, включенные между выходом блока сравнения и входами запоминающего устройства, и блок управления итерациями, первый и второй входы которого подключены к соответствующим входам запс шнающего устройства, первый вход блока управления итерациями подключен также к второму входу блока сравнения, третий вход -, к выходу устройства управления, выход - ко входу поразрядного функционального преобразователя, входы управления блока управления итерациями и блока сравнения соединены с выходами устройства управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 822347, кл. Н 03 К 13/17, 1979 (прототип).,

лУдИ:

at/