Аналого-цифровой преобразователь

(5)5 3 М 1/62, 1 46 Е ИЗОБ ОПИСА ЕТЕН ИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКОМ нщ гиб- ВыАЗО тель честдля ьно- монии, ериПредлагаемое собой функционал преобразователь и , пользования в при щих и информац системах,стройство представляет ьный аналого-цифровой предназначено для ис оростроении, управляю ионно-измерительных Известны ана зователи, использ нелинейной зави нальные приближ устройств являетс ности по сравнен цифровым прео использования пр элементов. ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) 1(56) Анисимов А,В, и др. Аналоговые иридные вычислительные машины. М.;сшая школа, 1984, с, 75-77Авторское свидетельство СССРМ 1686697, кл. Н 03 М 1/48, 1989.(57) Аналого-цифровой преобразовапредназначен дляиспользования в каве функционального преобразователяввода аналогового сигнала в измерителвычислительный комплекс, Устройствожет найти применение в приборостроеуправляющих и информационно-измлого-цифровые преобраующие для реализации симости дробно-рацио- ения. Недостатком этих я понижение класса точию с линейным аналогобразованием за счет ецизионных нелинейных тельных системах. В устройстве решается задача расширения области применения функциональных преобразователей, Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее счетчик, дешифратор, сумматор, цифроаналоговый преобразователь, постоянное запоминающее устройство, регистр, компаратор и блок вычисления, выполненный в виде счетных ячеек на первом регистре, первом сумматоре и триггере каждая, в каждую счетную ячейку введены вторые регистр и сумматор и организованы ,соответствующие связи между элементами устройства. Совокупность введенных элементов и связей, построенных по принципупоследовательной декомпозиции и конвей ерной композиции, позволяет осуществить наряду с ачалого-цифровым преобразованием вычисление гиперболического синуса и косинуса. 1 ил.1 е Аналогом предлагаемого устройства служит также линейный конвейерный преобразователь, Недостатком этого аналога является невозможность получения функционального преобразования.Аналогом предлагаемого устройства, в котором устраненынедостатки первых двух аналогов, является аналого-цифровой преобразователь, который выполняет функциональное преобразование напряжения в код с обеспечением -йелинейной гиперболической зависимости между кодом и напряжением. Недостатком аналога является алгоритмический способ вычисления нелинейной завис 1(мости, уступающий по быстродействию конвейеру,Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является прототип, который обеспечивает выполненйе экспоненциального аналого-цифрового преобразования на основе быстродействующей конвейерной схемы вычисления, Недостатком прототипа является невозможность вычисления гиперболического синуса и косинуса.Целью изобретения является расширение области применения за счет большей информативности выходных функций (обеспечения формирования выходных сигналов по закону гиперболического синуса и косинуса).Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем сумматор, цифроаналоговый преобразователь, блок вычислений, выполненный в виде последовательно соединенных счетных ячеек на первом регистре, первом сумматоре и триггере каждая, а также счетчик, вход сброса которого соединен со входом сброса регистра и является первой шиной начальной установки, вход счета - соединен со входом записи регистра и является тактирующей шиной, а выход - соединен со входами дешифратора и постоянного зайоминающего устройства, выход которого соединен с первым информационным входом сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом регистра, а выход - соединен с информационным входом регистра, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является входной шиной, выход компаратора соединен с входом управления сумматора и с информационным входом триггеров счетных ячеек, входы синхронизации которых соединены с соответствующими выходами дешифратора, а выход триггера в каждой счетной ячейке соединен со входом установки режима сложение/вычитание первого сумматора данной счетной ячейки, первый информационный вход которого соединен с первым выходом соответствующего первого регистра, входы начальной установки первых регистров всех счетных ячеек объединены и являатся второй шиной начальной установки, выход первого сумматора последней счетной ячейки является первой выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения формирования выходных сигналов по закону гиперболического синуса и косинуса в каждую счетную ячейку введены вторые регистр и сумматор, причем вход начальной установки второго регистра объединен ео входом начальной установки первого регистра данной счетной ячейки, вход установкирежима сложение/вычитание второго сумматора объединен с одноименным входомпервого сумматора данной счетной ячейки,5 второй информационный вход которого соединен с первым выходом соответствующего второго регистра с использованиеммонтажного сдвига, второй выход которогосоединен с первым информационным вхо 10 дом второго сумматора данной счетнойячейки, второй информационный вход которогосоедийен с использованием монтажного сдвига со вторым выходом первогорегистра данной счетной ячейки, а выход -15 со входом второго регистра последующейсчетной ячейки, выход второго сумматорапоследней счетной ячейки является второйвыходной шиной,Совокупность введенных элементов и20 связей, построенных по принципу последовательной декомпозиции и конвейернойкомпозиции позволяет осуществить вычисление гиперболического синуса одновре.- менно с аналогоцифровым25 преобразованием, Такой подход к решениюпоставленной задачи в известных автору устройствах не встречался,из чего следует,что отличия являются существенными,На чертежепредставлена схема пред 30 лагаемого устройства,Предлагаемое устройство содержитсчетчик 1, дешифратор 2, постоянное запоминающее устройство 3, сумматор 4, регистр 5, цифроаналоговый преобразователь35 6, компаратор 7, первые регистры конвейера 10, 11, 121 М, вторые регистры конвейера 20, 21, 222 М, триггеры конвейера 30,31, 323 й, первые сумматоры конвейера40, 41, 424 И, вторые сумматоры конвейе 40 ра 50, 51, 525 Й, первый вход начальногоустанова (н,у, 1) соединен со входами сбросасчетчика 1 и регистра 5, вход счета счетчика1 соединен со входом строба записи регистра 5 и соединен со входом тактирующей45 синхросерии устройства, выход счетчика 1соединен со входом дешифратора 2 и постоянного запоминающего устройства 3, выходпостоянного запоминающего устройства 3соединен "с первым входом сумматора 4,50 второй вход сумматора 4 соединен с выходом регистра 5, выход сумматора 5 соединен со входами регистра 5 ицифроаналогового преобразователя 6, выход цифроаналогового преобразователя 655 соединен с первым. входом компаратора 7,второй вход компаратора 7 соединен со входом аргумента устройства, выход компаратора 7 соединен с О-входами О-.триггеров30, 31, ЗЗЗИ и входом управления режимом сложение/вычитание сумматора 4, первый, второй, третий, .,М-ый выходы дешифратора 2 соединены соответственно со входами синхронизации трйггеров 30, 31, 32,.,3 М, выходы триггеров 30, 31, 32;,ЗМ соединены со входами установки режима сложение/вычитание сумматоров 40, 42, 424 М, 50, 51, 525 М, второй вход начальной установки (н.у, 2) соединен со входами начальной установки регистров 10, 11, 121 М, 20, 21, 222 М, первый выход регистров 10, 11, 121 М, соединен а первым входом сумматоров 40, 41, 424 М, второй выход регистров 10, 11, 121 М соединен со вторым входом сумматоров 50, 51, 525 М, первый выход регистров 20, 21, 222 М соединен со вторым входом сумматоров 40, 41, 424 М, выходами устройства являются выходы сумматоров 4 М и 5 М.Устройство работает следующим образом. При поступлении входного сигнала на вход компарэтора 7 происходит сравнение этого сигнала с результатом декодирования на цифроаналоговом преобразователе 6, декодирующем код, снимаемый с выхода сумматора 4. Сумматор 4 осуществляет сложение начального значения кода, установленного в регистре 5 сбросом сигнала н.у. 1, и значения эталонного гиперболического арктангенса, считываемого из постоянного запоминающего устройства 3. Математически эти действия представляются следующим образом:02 =9 -АП 112Результат сравнения фиксируется в триггере 30 в виде настроечной переменной1,настраивающей первый ярус конвейера на режим сложения или вычитания в сумматорах 40 и 50. Математическое представление уравнений, решаемых в первом ярусе конвейера, имеет следующий вид;819 п=81911 Оу+1=у+ ," 2 хх+1=х+2 у,-Однако, запуск действий в конвейере не связан с работой аналоговой части преобразователя. Конвейер запускается по сигналу н.у. 2 независимо от запуска н.у. 1. После занесения признака сложение/вычитание в триггер 30 устройство переходит к формированию такого же признака в триггере 31 в соответствии с тактовой частотой С, которая зависит только от частотных характеристик аналоговой части, Второй такт ввода аналогового сигнала в устройство осуществляется путем инкрементации кода в счетчике 1 и выбора следующей эталонной константы из постоянного запоминающего устройства 3. В связи с тем, что алгоритм вычисления гиперболического синуса и косинуса по методу "цифра за цифрой" предусматривает повторные итерационные шаги, т.е. значения 1 задаются следующим образом; 1-1,1,2,2,3,3,4,4,.,п 10 сдвиг при 1=2 означает, что первый разряд выхода соединяется с третьим разрядом входа и т.д. сдвиг при 1=3 означает, что первый разряд выхода соединяется с четвертым разрядом входа и т.д. Таким образом обеспечивается аппаратный (монтажный, схемный) сдвиг. Количество ярусов в конвейере определяется метрологическими характеристиками компаратбра 7, т,е. количеством достоверных значений, которые можно получить в аналоговой части схе 45 50 мы. Избыточные разряды не повлияют на работоспособность схемы и могут быть использованы для алгоритмической "очистки" результата от аппаратных погрешностей.Формула изобретенияАналого-цифровой преобразователь,содержащий сумматор, цифроаналоговый преобразователь, блок вычислений, выпол 1,п, на втором такте ввода значения напряжения в аналоговой части преобразователя используется в качестве эталонной константы значение Агй 2 ", Это 15 обеспечивается тем, что данная эталойнаяконстанта, как и все остальные эталонные константы, записана в постоянном запоминающем устройстве дважды, Резул ьтат второго такта фиксируется в триггере 31, выбор 20 которого осуществляется по сигналу дешифратора 2.После того, как заполнены значениямивсе триггеры - 30, 31, 323 М, осуществляется запуск конвейера по сигналу н.у. 2.25 Режим сложение/вычитание в сумматорах40, 41, 424 М, 50, 51, 525 М к этому моменту уже установлен и в регистрах конвейера 10, 11, 12, 131 М, 20, 21, 22, 232 М формируются последовательные приближе ния х и у к искомым значениям гиперболического синуса и косинуса, Вычисления в конвейере обеспечиваются соединением элементов между собой, При этом особенно важно, что перекрестные связи между стол бцами конвейера осуществляются со сдвигом разрядов, что позволяет выполнить умножение на 2 без каких-либо аппаргтурных затрат, Сдвиг на один разряд, т.а, при .1=1 означает, что первый разряд выхода со единяется со вторым разрядом входа и т,д.,ненйый в видепоследбвателъно"соединенных счетных ячеек на первом регистре, первом сумматоре, первом сумматоре и триггере каждая, а также счетчик, вход сброса которого соединен с входом сброса регистра и является первой шиной начальной установки, вход счета соединен с входом записи регйстра и является тактирующей шиной, а выход соединен с входами дешифратора и постоянного запоминающего устройства; выход которого соединен с первым информационным входом сумматора, второй информационный вход-которогб соединен с выходом регистра, а выход соединенс информационным входом регистра, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом компаратора, второйвход которого является входной шиной, выход компарвтора соединен с входом управления сумматора и с информационными входами триггеров счетных ячеек, входы синхронизации которых соединены с соответствующими выходами дешифратора, а выход триггера в каждой счетной ячейки соединен с входом установки режима сложение-вычита ние-первого сумматора данной счетной ячейки, первый информационный вход которого соединен с первым выходом соответствую"щего первого регистра, входыначальной установки первых регистров всех счетных ячеек объединены и являются второй шиной начальной установки, выход первого сумма-торапоследней счетной ячейки являетсяпервой выходной шиной, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения за счет большей информативности выходных функций, в каждую счетную 10 ячейку введены вторые регистр и сумматор,причем вход начальной установки второго регистра объединен с входом начальной установки- первого регистра данной счетной ячейки, вход установки режима сложение вычитание второго сумматора объединен содноименным входом первого сумматора данной счетной ячейки, второй информационный вход которого соединен с первым выходом соответствующего второго регист ра, второй выход которого соединен с перВым информационным Входом второго сумматора данной счетной ячейки, второй информационный вход которого соединен с вторым выходом первого регистре данной 25 счетной ячейки, а выход - с входом второгорегистра последующей счетной ячейки, выход второго сумматора последней счетной ячейки является второй выходной шиной.