Частотно-импульсный функциональный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06F17/10 

I - . .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено Для использования в устройствах линеаризации характеристик датчиков с частотным выходом.

Известен частотно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий генератор опорной частоты, три управляемых делителя частоты, дешифратор, блок памяти и блок управления. Один из управляемых делителей частоты выполняет функцию частотного интегратора и содержит счетчик-делитель, управляющий реверсивный счетчик,.элементы И по числу разрядов счетчиков и элемент ИЛИ.

Недостатками известного преобразователя являются ограниченные функциональные возможности и чрезмерная зависимость аппаратурных затрат от количества участков аппроксимации

1 3.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является частотно-импульсный функциональный генератор, содержащий генератор эталонной частоты, блок памяти, первую и вторую группы.элементов И, элемент И, реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, элемент И, счетчик, первая группа разрядных выходов которого подключена к первьм входам элементов И первой группы, вторая группа разрядных выходов счетчика подключена к входам дешифратора, выходы которого подключены к входам блока пгмяти, первая группа выходов которого под.ключена к первой группе входов управляемого делителя частоты, выход гене10ратора эталонной частоты подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к управляющей шине и управляющему входу реверсивного счетчика, выход элемента И подключен

15 к управляющему входу счетчика, вторая группа разрядных выходов которого подключена к первой группе входов элементов И второй группы, вторая группа входов которых подключена к

20 разрядньм выходам реверсивною счетчика и второй группе входов элементов И первой группы, вторая группа выходов блока псмяти подключена к управляющим входам реверсивного счетчика, инфор25мационный вход которого подключен к выходу сумматора-вычитателя,информационные входы которого подключены . соответственно к выходу управляемого делителя частоты и выходам элементов

30 И первой группы и информационному выходу устройства, выходы элементов И второй группы подключены к второй группе входов управляемого делителя частоты С2 . Недостатком известного генератора являются узкие функциональные возмож ности: линеаризация характеристик датчиков может выполняться только пу тем их аппроксимации отрезками степенных функций. Это в свою очередь, снижает точносогь линеаризации. Цель изобретения - повышение точ ности. Поставленная цель достигается те что в частотно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий две группы импульсно-потенциальных элементов И, два элемента ИЛИ, суммирующий счетчик, дешифратор, блок памяти, первый реверсивный счетчик . и первый управляемый делитель часто ты, управляющие входы которого соед неньа с первьюл выходом блока памяти, вход которого через дешифратор соединен с первым выходом суммирующего счетчика, второй выход последнего соединен с импульсными входами элеме тов И первой группы и потенциальными входами элементов И второй группы выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом пер вого управляемого делителячастоты, второй выход блока памяти соединен с управляющим входом первого реверсивного счетчика, а выход последнего с ипульсными входс1мк элементов И второй группы и потенциальными входа ми элементов И первой группы, выходы которых соединены с входами второго элемента ИЛИ, вход суммирующего счет чика соединен с входом аргумента преобразователя, дополнительно введе ны -второй управляемый делитель часто ты, второй реверсивный счетчик,треть группа импульсно-потенциальных элементов И, третий элемент ИЛИ и два импульсных сумматора-вычитателя „ управляющие входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блрка памяти, пятый и шестой выходы которого соединены -соответственно с управляющим входом втор го управляемого делителя частоты и потенциальными входами элементов И третьей группы, импульсные входы и выходы которых соединены соответственно с вторым выходом суммирующего счетчи-ка и входами третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым информационным входом первого им пульсного сумматора-вычитат еля, второй информационный вход которого сое динен с выходом второго импульсного сумматора-вычитателя и информационным входом первого реверсивного счет чика, седьмой выход блока памяти сое динен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен с выходом первого импульсного сумматора-вьтчитателя., первый и второй информационные входы второго импульсного сумматоравычитателя соединены с выходами соответствующих управляемых делителей частоты. На чертеже представлена блок-схема преобразователя. Частотно-импульсный функциональный преобразователь содержит реверсивные счетчики 1 и 2, суммирующий счетчик 3, дешифратор 4, блок памяти 5, управляемые делители б и 7 частоты, группу 8 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 9 ИЛИ, группу 10 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 11 ИЛИ, группу 12 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 13 ИЛИ, импульсные,сумматорывычитатели 14 и 15. Преобразователь работает следующим образом. Перед началом преобразования в реверсивных счетчиках 1 и 2 установлены соответственно числа а и Ъд. Импульсная последовательность поступает на вход счетчика 3,который при достижении аргументом . значений . Эх-1 8Х2/ BXi / определяющих узлы аппроксимации, через дешифратор 4 возбуждает входы блока 5 памяти,устанавливающего выходными сигналами коэффициенты деления управляемых делителей 6 и 7 и двоичного умножители частоты, состоящего из счетчика 3,группы 8 сэлементом 9 на выходе. Кроме того, сигналами с выхода блока 5 задаются режимы работы реверсивных счетчиков 1, 2 и сумматоров-вычитателей 14 и 15. Импульсная последовательность с двоичного умножителя частоты, образ ованного счетчиком 3, группой 10 и элементом 11, поступает на вход управляемого делителя 6, а последовательность импульсов с двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика- 1, группы Г2 и элемента 13,поступает на вход управляемого делителя 7. С выходов делителей 6 и 7 импульсы подаются на входы сумматора-вычитателя 14. Текущее значение числа, являющееся первым результатом преобразования и формируемое в счетчике 1 импульсной последовательностью, поступающей с выхода сумматора-вычитателя 14, изменяется (уменьшается или увеличивается) в зависимости от режима работы этого счетчика. Режим работы счетчика 1{вычитание или суммирование) задается блоком 5. Кроме того, импульсы с выхода суматора-вычитателя 14 поступают на дин вход сумматора-вычитателя 15, на ругой вход которого поступает импульсная последовательность двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика 3, группы 8 и элемента 9. Текущее значение числа, являющееся вторым результатом преобразования и формируемое в счетчике 2 импульсной последовательностью, поступающей с выхода блока 15, изменяется (уменьшается или увеличивается) в зависимости от режима работы этого счетчика. Режим работы счетчика 2(вычитание или суммирование) задается блоко 5. Возможны следующие режимы работы частотно-импульсного функционального преобразователя 1.Сумматоры-вычитатели 14 и 15 работают в режиме сложения импульсных последовательностей. Счетчики 1 и 2 работают в режиме суммирования. 2.Сумматоры-вычитатели 14 и 15 работают в режиме сложения импульсных последовательностей. Счетчик 1 работает в режиме вычитания, а счетчик 2 - в режиме суммирования. 3.Сумьгаторы-вычитатели 14 и 15 работают в режиме сложения импульсных последовательностей. Счетчик 1 работает в режиме суммирования, а счетчик 2 - в режиме вычитания. 4.Сумматоры-вычитатели 14 и 15 работают в режиме сложения импульсных последовательностей. Счетчики 1 и 2 работают в режиме вычитания. 5.Сумматор-вычитатель 14 работае в режиме сложения, а сумматор-вычита тель 15 - в режиме вычитания импульс ных последовательностей. Счетчики 1 и 2 работают в режиме суммирования, 6.Сумматор-вычитатель 14 работает в режиме сложения, а сумматор-выч татель 15 - в режиме вычитания импульсных последовательностей. Счетчик 1 работает в режиме вычитания, а счетчик 2 - в режиме суммирования. 7.Сумматор-вычитатель 14 работа ет в режиме сложения, .а сумматор-вы читатель 15 - в режиме вычитания иМпульсных последовательностей. Счетчик 1 работает в режиме суммировани а счетчик 2 - в режиме вычитания, 8.Сумматор-вычитатель 14 работа ет в режиме сложения, а сумматор-вы читатель 15 - в режиме вычитания им пульсных последовательностей. Счетчики 1 и 2 работают в режиме вычита ния. 9.Сумматор-вычитатель 14 работа ет в режиме вычитания, а сумматор-в читатель 15 - в режиме сложения импульсных последовательностей.Счетчи I и 2 работают в режиме суммировани 10.Сумматор-вычитатель 14 работает в режиме вычитания, а сумматор вычитатель 15 - в режиме сложения импульсных последовательностей. Сче чик 1 работает в режиме вычитания, счетчик 2 - в режиме суммирования. 11.Сумматор-вычитатель 14 работает режиме вычитания, а сумматор-вычиатель 15 - в режиме сложения имульсных последовательностей. Счетик 1 работает в режиме суммирование, счетчик 2 - в режиме вычитания. 12.Сумматор-вычитатель 14 работат в режиме вычитания, а сумматорычитатель 15 - в режиме сложения имульс.ных последовательностей. Счетики 1 и 2 работают в режиме вычитаия. 13.Сумматоры-вычитатели 14 и 15 аботают в режиме вычитания импульсных последовательностей. Счетчики 1 и 2 работают в режиме суммирования.: 14.Сумматоры-вычитатели 14 и 15 аботают в режиме вычитания импульсных последовательностей. Счетчик 1 работает в режиме вычитания, а счетчик 2 - в режиме суммирования. 15.Сумматоры-вычитатели 14 и 15 работают в режиме вычитания импульсных последоватепьностей. Счетчик 1 работает в режиме суммирования, а счетчик 2 - в режиме вычитания. 16.Сумматоры-вычитателя 14 и 15. работают в режиме вычитания импульсных последовательностей. Счетчики 1 и 2работают в режиме вычитания. Для облегчения понимания работы устройства разобьем режимы его рабо-. ты на четыре группы в соответствии с-режимами работы сумматоров-вычитателей 14 и 15 сложения-вычитания импульсных последовательностей,. Группа 1 объединяет режимы 1-4, при которых Сумматоры-вычитатели 14 и 15 работают в режиме сложения. Группа 2 объединяет режимы 5-8, при которых сумматор-вычитатель 14 работает в режиме сложения, а сумматор-вычитатель 15 - в режиме вычитания. Группа 3 объединяет режимы 9-12, при которых сумматор-вычитатель 14 работает в режиме вычитания,а сумматор-вычитатель 15 в режиме сложения. Группа 4 объединяет режимы 13-16, при которых сумматоры-вычитатели 14 и 15 работают в режиме вычитания. . Рассмотрим работу частотно-импульсного функционального преобразователя в режимах, относящихся к группе 1. Приращение Ыг импульсной после-, довательности т. на выходе сумматоравычитателя 15 описывается уравнением dz d 4clXj , (i) где 3v - приращение импульсной последовательности 5 на выходе сумматора-вычитателя 14 6X3- приращение импульсной последовательности Xj на выхо де двоичного умножителя, состоящего из счетчика 3, группы 8 и элемента 9. Интегрируя выражение (1), получа ем величину текущего значения числа г в счетчике 2 Udv+dXj)(2) t Jdv+jaxj.cs) где Ъд число, установленное в счет чик 2 перед началом преобра эования. Знак +« в.выражении (2) соответствует работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак - - в работе счетчика 2 в режиме вычитания Приращение dx у импульсной последовательности ъу.г поступающее на вход счетчика 3, вызывает на выходе элемента 9 приращение дч импульсной последовательности х, описываемое уравнением. -. з V m .( где Kg - задаваемое блоком S значение коэффициента умножения двоичного умножителя частоты, совтоящегЬ из счетчика . 3, группы 8 и элемента 9; m - коэффициент пересчета счетчиков 1 и 3. На выходе сумматора-вычйтателя 14 импульсная последовательность v описывается уравнением d:f .,+ i,dXj,,(sr) где KI, К2 -коэффициент деления управляемых делителей 6 и 7 соответственно; dx - приращение импульсной последовательности х н выходе двоичного умножи TeJirt частоты, состоящег из счётчика 3, 1 руппы 10 и 3JleMeHTa 11; (3x2 приращение импульсной последовательности на вы ходе двоимного умножителя частоты, состоящего из счетчика 1, группы 12 и элемента 13. Импульсные последовательности х и Х2 описываются уравнениями где у - текущее значение числа в счетчике 1, и X. ds, (1) ГдвХйх, текущее значение числа в счетчике 3. С учетом выражений (5)-(7) в После преобразования.получим (9) J в Импульсная последовательность у тупает на вход 1 и формирует в число V, значение которого опреяется из уравнения V «oijd2, ) а - число, Зргстановленное в счетчике 1 перед началом преобразования, с учетом вьоражения (9) -otj dXax (i) tn- Знак в уравнении (10) соотствует работе счетчика 1 в режиме мирования, знак -« -работе тчика 1 ,в режиме вычитания. Продифференцировав выражение (11) азделив переменные, получим -4 S - 1П--1 „Х, Проинтегрировав и подставив: предеизменения переменных, получим л К , -NJ ш- X уда V 1 -1 9вх г-1;-Ц-ri-) Из выражения (16) получаем величитекущего значения числа у в счете 1 / 2 о --ЙГвх) -i) С учетом выражения d(l(-ao) (18) Принимая во внимание выражение ) , получим () И9) Из уравнений (3), (4) и (19) текузначение числа в счетчике 2 опеляется уравнением ) -«olb o, Следует отметить, что для всех режимовРаботы преобразователя справедливы следующие соотношения: (4) ,. описывсцощие работу двоичного умножителя частоты, состр его из счетчика 3, группы 8 и элеме гта 9; (6), описзл вающее работу двоичного умножителя чатоты, состоящего из счетчика 3, группы 10 и элемента 11; (7)i описывающее работу двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика.. Рассмотрим работу преобразователя в режимах, относящихся к группе 2. Приращение clz импульсной посяедовательности z на выходе сумматор 1 вы читателя 15 описывается уравнение elli 3y-d«3 (21) Интегрируя выражение (21), опреде ляем величину текущего значения числ в счетчике 2 (,) (22) Знак + соответствует работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак - - работе счётчика 2 в режиме вычитания , В связи с тем, что сумматор-вычи- татель 14 работает (как и в предыдущем случае) в режиме сложения импуль ных последовательностей, справедливо уравнение (5), а следовательно, ypia нение (17), определяющее величину текущего значения числа -s в счётчике 1, и уравнение (19). С учетом вьфажеНИИ (4), (19) и (22) текущее значение числа в счетчике 2 определяется уравнением . ,Ц Z ,() -Jjt Рассмотрим работу преобразователя в режимах, относящихся к группе 3. Импульсная последовательность V на выходе сумматор -вычитателя 14 в этом случае описывается уравнением а 1(с1х - 2еГх2 {24) . С учетом выражений (6), (7) и (24 а7 1« «вх-ч m+lcnx Принимая во внимание уравнения (10) и (26), определяем число у, фор мируемог в счетчике 1 импульсной последовательностью у y nt Знак «+ соответствует работе счетчика 1 в режиме суммирования, ia. нак - - работе счетчика 1 в рёиме вычитания. Решая относительно у, находим величину текущего значения исла у в счетчике 1л, t.|2 л 2 , ) (291 Так как сумматор-вычитатель 15 аботает в режиме сложения, то для него справедливо уравнение (3). Принимая во внимание (3), (4), (10) и (28), получаем текущее значение числа Z в счетчике 2 . .Ьо() Рассмотрим работу преобразователя в режимах, относящихся к группе 4. Так как сумматор-вычитатель 15 работает в режиме вычитания -импульсных последовательностей, то для него справедливо уравнение (21), из чего вытекает справедливость уравнения . 22). ;; В СВЯЗИ с тем, что сумматор-вычитатель 14 работает (как и в пре.гдаду щем ёлучае) в режиме вычитания им-. пуль:амых последоватеяьжх тей, его рабд- арписываётся уравнением (26), а вё 1ичина текущего значения числа у в счетчике 1 определяется выражением (28). Принимая во внимание.уравнения (4), (10), (22) и (28), определяем текущее значение числа z в счетчикё 2 . ,,,(l. xe,) Ш Уравнения (20), (23), (29) и (30) выведены в предположении,чтр количествЬучастков аппроксимации заданной функции указанными вьгражениями равно единице. .В общем случае для п участков аппроксимации уравнения (20), (23), (29) и (30) соответственно преобразу ются к виду 1 Ы ex exiH/ г (--..ур: 11 44 -ViexiH/ J| vy-iflvx«,H)i Г1 Ч-е |пГ ) .H п Г 1 , Ч - jr 1 ( . В формулах (31) - (34) приняты следующие обозначения: , И - количество участков аппроксимации; i - номер текущего участк аппроксимации; значения коэффициенто Кз на i-м г 2 f участке аппроксимации значение переменнойXB в начале i-го участка аппроксимации. Следует отметить, что в предлага емом преобразователе в качестве вто рого счетчика результата может служ реверсивный счётчик 1. Результат пр образования, фиксируемый этим счетчиком, описывается-,, при работе сумм тора-вычитателя 14 в режимах сложения импульсных последовательностей уравнением /m-k ,х 2i .ll-M о ьЛ -%-1 ВА1Н/ при работе сумматора-вычитателя 14 в режимах вычитания импульсных последовательностей - уравнением , а„11 1-J 41 1( Сравнительный анализ показывает что предлагаемый преобразователь обладает,значительно большими функ циональными возможностями, чем про тотип, и кроме воспроизведения зав симостей вида Л а 1 f4fe, с, х/, соотве ствующих уравнениям (35) и (36), мо жет воспроизводить шестнадцать нелинейных функциональных зависимост вид крторых определяется шестнадца указанными режимами работы преобра эователя. В обобщенном виде эти зависимости списываются уравнениями (31) - (34). Кроме того, наличие двух коэффициентов к-, и.к расширяет возможности устройства за счет более точного задания значений показателей степени (31) - (36), а это позволяет точнее воспроизводить заданные функции. Этому же способствует присутствие в формулах (31) - (34) линейного члена т позволяющего влиять на кривизну воспроизводимой функции. Задав значение а{,0 или к К2-0, предлагаемым пре- образователем можно воспроизводить Функции методом кусочно-линейной аппроксимации. Расширение функциональных возможностей обеспечивается также возможностью комбинирования режимов работы устройства на разных участках аппроксимации. Формула изобретения Частотно-импульсный функциональ-- . ный преобразователь, содержащий две группы импульсно-потенциальных эле- . ментов и, два элемента ИЛИ, суммирующий счетчик, дешифратор, блок памяти, первый реверсивный счетчик и первый .управляемый делитель частоты, управляющие входы которого сое-, динены с первым выходом блока Пс1мяти, вход которого через дешифратор соединен с первым выходом суммирующего счетчика, второй выход последнего соединен с импульсными входами элементов и первой группы и потенциальными входами элементов И второй. Группы, выходы которых соединены с входами первого элемента И.Ш, выход последнего соединен с информационным входом первого управляемого делителя частоты, второй выход блока памяти соединен с.управляющим входом первого реверсивного счетчика, а выход последнего - с импульсными входами элементов И второй группы и по тенциальньп 1и входами элементов И первой группы, выходы которых соединены с входами второго элемента ИЛИ, вход суммирующего счетчика соединен с входом аргумента преобразователя, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй управляемый делитель частоты, второй реверсивный счетчик, третья группа импульсно-потенциальных .лементов И, третий элемент ИЛИ и два импульсных сумматора-вычитателя , управляющие входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока памяти, пятый

и шестой выходы последнего соединены соответственно с управляющюл входом второго управляющего делителя част. и потенциальными входами элементов И третьей группы, импульсные входы и выходы которых соединены соответственно с вторым выходом суммирующего счетчика и входами третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым информационным входом первого импульсного сумматора-вычитателя,. второй информационный вход последнего соединен с выходом второго импульсного сумматора-вычитаталя и информационным входом первого реверсивного счетчика ,седьмой выход блока памяти соединен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен с выходом первого импульсного сумматоравычитателя, первый и второй информационные входы второго импульсного .сумматора-вычитателя соединены с выходами соответствующий управляемых делителей частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 543945, кл. G 01 F 15/31, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № 674008, кл. G 06 F. 15/31, 1978 (прототип).