Аналого-цифровое вычислительное устройство Советский патент 1983 года по МПК G06J3/00 G06G7/12 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам перемножения аналоговых сигналов с представлением результата в цифровой форме.

Известно аналого-цифровое множительное устройство, содержащее преобразов.атель напряжение - частота, компаратор, генератор развертывающего напряжения, ключ, трипер, блок управления и счетчик результата l.

Недостатки устройства - пониженная точность и ограниченные функциональные возможности, так как оно не позволяет перемножить сигнгшы, представленные длительностью импульсов.

Известно также аналого-цифровое множительное устройство, содержащее преобразователи напряжение - частота, блок преобразования длительности интервала между импульсами в напряжение и счетчик результата С2.

Недостатки данного устройства пониженная инструментальная точность и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому является аналого-цифровое устройство, содержащее первый компаратор, соединенный входами с первым аналоговым входом устройства и с выходом генератора развертывающего напряжения, причем вход генератора развертываиощего напряжения подключен через первый делитель частоты к выходу генератора тактовых импульсов и к входам второго и третьего делителей частоты, а выход второго делителя часто10ты соединен с сигнальным входом распределителя импульсов, подключенного выходами к первьм управляющим входам ключей первой группы, сигнальные входы которых соединены с

15 выходами третьего делителя частоты, а выходы - с первой группой входов элемента ИЛИ, подключенного выходе к входу счетчика результата, причем выход первого компаратора соединен

20 с управляющим входом распределителя импульсов З.

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно осуществляет только операцию возведения в квад25рат сигналов, представленных в форме постоянного напряжения илидлительности импульса.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей уст30

ройства за счет выполнения операции, умножения.

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровое вычислительное устройство, содержащее первый компаратор, соединенный входами с первым информационным входом устройства и с выходом генератора развертывающего напряжения, причем вход генератора развертывающего напряжения через первый делитель часто ты подключен к выходу генератора тактовых импульсов и к входам второго и третьего делителей частоты, а выход второго делителя частоты соединен с сигнальным входом распредёлителя импульсов, подключенного выходами к первым управляющим входам ключей первой группы/ сигнальные входы которых соединены с выходами третьего делителя частоты, а. выходы - с первой группой входов элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу счетчика-результата, дополнительно введены второй компаратор, элементы И, И-НЕ и ИЛИ-НЕ, вторая группа ключей и четвертый делитель частоты, соединенный входом с выходо генератора тактовых импульсов, выходами - с сигнальными входами ключей второй группы, подключенных выходами к второй группе входов элемента ИЛИ, первыми управляющими входами - к выходам распределителя импульсов, а вторыми управляющими входами - к первому управляющему входу распределителя импульсов и к выходу элемента И-НЕ, -соединенного первым входом с выходом первого компаратора и с первыми входами элемента И и апемента ИЛИ-НЕ, а вторым входом с вторыми элемента И и элемента ИЛИ-НЕ и с выходом второго компаратора, подключенного входами к выходу генератора развертывающего напряжения и к второму информационному входу устройства, причем выход элемента И соединен с вторыми управляющими входами ключей первой группы, а выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к второму управляющему входу рас пределителя импульсов. На чертеже изображена блок-схема аналого-цифрового вычислительного устройства.

Устройство включает первый компаратор 1, соединенный одним из входов с выходом генератора 2 развертывающе го напряжения. Вход генератора 2 через первый делитель 3 частоты подключен к выходу генератора 4 тактовых импульсов и к входам второго и третьего делителей 5 и 6 частоты. Вы ход делителя 5 соединен с сигнальным входом распределителя 7 импульсов, подключенного выходами к первым управляющим входам ключей 8 первой группы, сигнальные входы которых сое

динены с выходами делителя 6, а .выходы - с первой группой входов элемента ИЛИ 9. Выход элемента ИЛИ 9 подключен к, входу счетчика 10 результата. Четвертый делитель 11 частоты соединен входом с выходом генератора 4 тактовых импульсов, а выходами - с. сигнальнымивходами ключей 12 второй группы.

Ключи 12 подключены первыми управляющими входами к выходам .распределителя 7, а вторыми управляющими входами - к первому управляющему входу распределителя 7 и к выходу элемента И-НЕ 13. Элемент И-НЕ 13 соединен первым входом с выходом первого компаратора 1 и с первыми входами элемента И 14 и элемента ИЛИ-НЕ 15, а вторым входом - с вторыми входами элемента и 14 .и.элемента ИЛИ-НЕ 15 ис выходом второго компаратора 16; Компаратор 16 подключен одним входом к выходу, генератора 2 развертывающего напряжения. Выход элемента И 14 соединен с вторыми управляющими входами ключей 8 первой группы, а выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к второму управляющему входу распределителя 7 импульсов. Другие входы компараторов 1 и 16 соединены соответственно с информационными входами 17 и 18 устройства.

Устройство работает следующим образом. ,

После запуска генератора 4 на выходе делителя 3, осуществляющего синхронизацию режимов работы генераторов 2 и 4, формируется импульс длительностью .Tg, развертывающее,напряжение на выходе генератора 2-начинает возрастать и поступает на входы компараторов 1 и 16, на другие входы которых поданы первый и второй входные. напряжения X , и Х2 с вхо дон устройства. Выходные напряжен1ия компараторов 1 и 16, .поступающие .на элементы 13-15, отпирают элемент И 14. С выхода -делителя 5 опорная частота f поступает на сигнальный вход распределителя 7, на управляющие входы которого с закрьатых элементов И-НЕ 13 и ИЛИ-НЕ 15 подано разрешение на прохождение импульсов опо ной частоты на выходы распределителя 7. Длительность t импульсов, появляющихся на п выходах распределителя 7, связана с параметрами развертывающего напряжения и опорной частотой соотношением

- 5 AV ut j- - - ЛХ ,

on

где ЛХ - шаг квантования входного

напряжения ;

S - амплитуда развертывающего напряжения генератора 2 Г

Сигнал с выхода открытого элемента И 14 поступает на вторые управляющие ВХОД5Л ключей 8, тем самым давая разрешение на управление ключами 8. по первымуправляющимвходам от распределителя 7. В то .же время ключи 12 закрыты нулевым ригналом с выхода элемента И-НЕ 13.

Импульсом с первого выхода распределителя 7 открывается первый из ключей 8 и импульсы с частотой fj, с выхода старшего разряда делителя 6 через элемент ИЛИ 9 поступают на счетчик 10 в течение времени at. Затем первый ключ 8 закрывается, управляющий сигнал этой же длительностью ,at появляется на втором выходе распределителя 7, открывай второй из ключей 8. На вход счетчика 10 начинают поступать импульсы с выхода следующего разряда делителя б. Далее Оказанные действия продолжаются .до {тех пор, пока на входах компараторов Jl и 16 не происходит сравнение одного из входных напряжений с разверты-г вакяцим напряжением (пусть Х Х2 )

В результате, на выходе элемента И-НЕ 13 появляется сигнал, поступаюад й на первый управляющий вход распределителя 7 и фиксирукядий его-состояние На момент сравнения Учитывая, что частота.f импульсов с выходов делителя 6 связана с номером i соответствующего выхода распре- делителя 7 соотношением . f.iU-i)+i3fo, где fj, - минимальная частота с выхо ДОН делителя 6 ; „ а первое входное напряжение может быть представлено в виде (K+(i)uX, где К - количество шагов квантования, К 1, 2, ..., п ; о1 - доля шага квантования на мо мент сравнения Q . Число импулЬсов, записанное в счетчик 10, равно . . После сравнения первого входного напряжения с развертывающим напряже,нйем разрешение на управление клю;чами 8 первой группы снимается (эл1емент И 14 закрывается), Ъ сигналом .с выхода отк зытого элемента И-НЕ 13 дается разрешение на управление ключами 12 второй группы. Импульсами с К-го выхода распределителя 7 (распределитель, остановлен на К-м шаге открывается соответствующий ключ 12 и импульсы частотой К fg с выхода делителя 11 через элемент ИЛИ 9 проходят на счетчйк Ю. Суммирование

импульсов происходит до тех пор, по ка не произойдет сравнение на компараторе 16 второго входного напряжения с развертывающим напряжением. В результате элемент И-НЕ 13 закрывается и запираются ключи 12, -а сигналом с вькода элемента И ЛИ - НЕ 15 распределитель 7 устанавливается по второму входу в нулевое состояние. Учитывая, что второе входное напряжение может быть представлено в виде

(2()4Х, .

где 6 - количество шагов квантования

во втором входном напряжении, f, доля шага квантования на момент сравнения } с развертывающим напряжением О |) I-, число импульсов, записанное в счетчик 10 за промежуток времени междаг двумя срабатываниями компараторов 1 и 16, равно

ек-к --обк -рк.

25

В результате, суммарное количест;во импульсов, записанное в счетчик 10, равно.

30

м-Л..кл.кр. х.х, т.е. эт количество пропорционально произведению двух входных напряжений с относительной методической погрешностью )A(K.i-E-fb) ,„/ Синхронизация работы устройства т общего генератора тактовых шлпульсов и использование дискретных элементов вычислительной техники позволяют производить умножение драктически без инструментальной погрешности. При выполнении операции возведения в квадрат соотввтствукицее входное напряжение подается одновременно на входы обоих компараторов 1-й 16.. Предлагаемое устройство может быть также использовано для выполнения операции пе емножения длительностей импульсов. Для этого компараторы 1 и 16 отключаются, а перемножаекые импульс ныё -сигналы, начало которых синхронизировано друг относительно друга, подаются на соответствукицие входм элементов 13-15. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает более широкими функциональными возможностями, что и определяет его технико-экономическую эффективность .

Формула изобретения

. Аналого-цифровое вычислительное устройство, содержащее первый компаратор, соединенный входами с первым информационным входом устройства и с выходом генератора развертывающего напряжения, причем вход генератора развертывающего напряжения подключен через первый делитель частоты к выходу генератора тактовых импульсов и к входам второго и третьего делителей частоты, а выход второго делителя частоты соединен с сигнальным входом распределителя импульсов, подключенного выходами к первым управляющим входам ключей Первой группы, сигнальные входы которых соединены с выходами третьего делителя частоты, а выходы - с первой группой входов элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу счетчика результата, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет выполнения операции умножения,, в него дополнительно введены второй компаратор, элемент И, И-НЕ и ИЛИ-НЕ, вторая группа ключей и четвертый делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора тактовых импульсов, а выходами - с сигнальными входами ключей второй группы, подключенных выходами к второй группе входов элемента ИЛИ, первыми управляющими входами к выходам распределителя импульсов, а вторыми управляющими входами первому управляющему входу распределителя импульсов и к выходу эле мента И-НЕ, соединенного первым входом с выходом первого компаратора и с первыми входами элемента И и элемента ИЛИ-НЕ, а вторым входом с вторалми входами элемента И и элемента ИЛИ-НЕ и с выходом второго компаратора, подключенного входами к выходу генератора развертывающего напряжения и к второму информационному входу устройства, причем выход элемента И соединен с вторыми управлянзщими входами ключей первой группы, а выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к второму уггравляюще.му входу распределителя импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 495674, кл. G 06 G 7/16, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР № 5743722,кл. G 06 G 1/161, 1976.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2931266/18-24,

кл. G 06 J 3/00, G 06 G 7/20, 1980 (прототип ).