Аналого-цифровое вычислительное устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик(23) Ориоритет С Об Ю 3/00 6 06 С 7/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(31 УДК 6 81, 34088, 8) Опубликовано 070283. Бюллетень М 5Дата опубликования описания 07 02 .83 юВ.И.Рязанов и Д.Ц.Пунсык-НамжнловТомский ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехничеекий институт им."С;М.Кирова .(71) Заявитель 54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам перемноженияаналоговых сигналов с представлениемрезультата в цифровой форме,Известно аналого-цифровое множительное устройство, содержащее пре-образователь напряжение - частота,компаратор, генератор развертывающего напряжения, ключ, триггер, блокуправления и счетчик результата 11.Недостатки устройства - пониженная точность и ограниченные Функциональные возможности, так как ононе позволяет перемножить сигналы,представленные длительностью импульсов.Известно также аналого-цифровоемножительное устройство, содержащеепреобразователи напряжение - частота, блок преобразования длительностиинтервала между импульсами в напряжение и счетчик результата 2 3,Недостатки данного устройства -пониженная инструментальная точность и ограниченные Фуйкциональныевоэможности.Наиболее близким к предлагаемомуявляется аналого-циФровое устройство,содержащее первый компаратор, соединенный входами с первым аналоговымвходом устройства и с выходом генератора развертывающего напряжения,причем вход генератора развертывающего напряжения подключен через первый делитель частоты к выходу генератора тактовых импульсов и к входамвторого и третьего делителей частоты, а выход второго делителя частоты соединен с сигнальным входомраспределителя импульсов, подключенного выходами к первым управляющимвходам ключей первой группы, сигнальные входы которых соединены с 15 выходами третьего делителя частоты,а выходы - с первой группой входовэлемента ИЛИ, подключенного выходомк входу счетчика результата, причемвыход первого компаратора соединенс управляющим входом распределителяимпульсов 3 1.Недостатком устройства являютсяограниченные функциональные воэможности, так как оно осуществляет толь ко операцию возведения в квад-рат сигналов, представленных вформе постоянного напряжения илидлительности импульса.Цель изобретения - расыиренив З 0 функциональных воэможностей уст 9 С 5103ройства за счет выполнения операцииумножения.Указанная цель достигаетсятем, что в аналого-цифровое вычислительное устройство, содержащее первый компаратор, соединенный входами с первым информационным входомустройства и с выходом генератораразвертывающего напряжения, причемвход генератора развертывающего напряжения через первый делитель часто- рты подключен к выходу генераторатактовых импульсов и к входам второго и третьего делителей частоты, авыход второго делителя частоты соединен с сигнальным входом распределителя импульсов, подключенного выходами к первым управляющим входамключей первой группы, сигнальныевходы которых соединены с выходамитретьего делителя частоты, а выходы - с первой группой входовэлемента ИЛИ, подключенного выходомк входу счетчика .результата, дополнительно введены второй компаратор, фэлементы И, И-НЕ и ИЛИ-НЕ, втораягруппа ключей и четвертый делитель 25частоты, соединенный входом с выходомгенератора тактовых импульсов, авыходами - с сигнальными входамиключей второй группы, подключенныхвыходами к второй группе входов эле Омента ИЛИ, первыми управляющимй входами - к выходам распределителя импульсов, а вторыми управляющими входами - к первому управляющему входураспределителя импульсов и к выходу 35элемента И-НЕ, .соединенного первымвходом с выходом первого компаратораи с первыми входами элемента И иэлемента ИЛИ-НЕ, а вторым входом -с вторыми входами элемента И и эле Омента ИЛИ-НЕ и с выходом второгокомпаратора, подключенного входамик выходу генератора развертывающегонапряжения и к второму информационному входу устройства, причем выход элемента И соединен с вторымиуправм ляющими входами ключей первой группы, а выход элемента ИЛИ-НЕ подклю-.чен к второму управляющему входу расйределителя импульсов,50На 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 б частоты, Вы-Щ ход делителя 5 соединен с сигнальным входом распределителя 7 импульсов, подключенного выходами к первым управляющим входам ключей 8 первой группы, сигнальные входы которых соединены 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 соедийен 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.УсЪройство работает следующим образом.После запуска генератора 4 на выходе делителя 3, осуществлякщего синхронизацию режимов работы генера-, торов 2 и 4, формируется импульс длительностью .Т, 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 Х 1 и Х 2 с входов устройства. Выходные напряжения компараторов 1 и 16, поступающие.на элементы 13-15, отпирают элемент И 14. С выхода делителя 5 опорная частота Й и поступает на сигнальный вход, распределителя 7, на управляющие входы которого с закрытых элементов И-НЕ 13 и ИЛИ-НЕ 15 подано разрешение на прохождение импульсов опс ной частоты на выходы распределителя 7. Длительность Д 1 импульсов, появляющихся на и выходах распределителя 7, связана с параметрами развертывающего напряжения и опорной частотой соотношением4й 1= - = - ь,опгде ЬХ - шаг квантования входногонапряжения;Я - амплитуда развертывающегонапряжения генератора 2.995103 5Сигнал с выхода открытого элемента И 14 поступает на вторые управляющие входы ключей.8, тем самым давая разрешение на управление ключами 8 по первым управляющим. входам от распределителя 7, В то же время ключи 12 закрыты нулевым сигналом с выхода элемента И-НЕ 13.Импульсом с первого выхода распределителя 7 открывается первый из ключей 8 и импульсы с частотой с выхода старшего разряда делителя б через элемент ИЛИ 9 поступают на счетчик 10 в течение времени д. Затем первый ключ 8 закрывается, управляющий сигнал этой же длительностью ,а 1 появляется на втором выходе распределителя 7, открывая второй из ключей 8. На вход счетчика 10 начинают поступать импульсы с выхода следующего разряда делителя б. Далееказанные действия продолжаются до тех пор, пока на входах компараторов 1 и 16 не происходит сравнение одного из входных напряжений с разверты-, вающим напряжением (пусть ХХ ).Врезультате, на выходе элемента И-НЕ 13 появляется сигнал, поступающий на первый управляющий вход рас-пределителя 7 и фиксирующий его.состояние на момент сравнения. Учитывая, что частота.й; импульсов с выходов делителя б связана с номеромсоответствующего выхода распределителя 7 соотношением.=2 1-1)+41где й - минимальная частота с выхоОдов делителя б;а первое входное напряжение может быть представлено в видеХ К+ с 6)ЬХ угде К - количество шагов квантования, К = 1, 2, ,ис 6 - доля шага квантования на момент сравнения )с 1.Число импулЬсов, .записанное в счетчик 10,.равно 25 2 Г о ЫК-К -еСКФ)ЪК. МХ)Ы (к -Ю-р) 40 После сравнения первого входного . напряжения с развертывающим напряже-. ,нйем разрешение на управление ключами 8 первой группы снимается (элемент И 14 закрывается), В сигналом ,с выхода открытого элемента И-НЕ 13 дается разрешение на управление ключами 22 второй группы. Импульсами с К-го выхода распределителя 7 распределитель, остановлен на К-м шаге) открывается соответствующий ключ 12 и импульсы частотой К Юо с выхода делителя 13 через элемент ИЛИ 9 проходят на.счетчик 10. Суммирование импульсов происходит до техпор, по ка не произойдет сравнение на ком" параторе 16 второго входного напряжения с развертывакщим напряжением.В результате элемент И-НЕ 13 закрывается и запираются ключи 12, а сигналом с выхода элемента ИЛИ"НЕ 15 распределитель 7 устанавливается по второму входу в нулевое состояние,Учитывая, что второе входное на пряжение может быть представлено. ввиде Х=(Е. ) ЛХ,где 6 - количество шагов квантования15во втором входном напряжении;р - доля шага квантования на мо-мент сравнения Х с развертывающим напряжением ОрФ;число импульсов, записанное в счетчик10 за промежуток времени между дву-мя срабатываниями компараторов 1 и 16,равно В результате, суммарное количест:во импульсов, записанное в счетчик10, равно30 Тз ЕМ= - ахи ЮК+КеС КрсЕ- о ХХ,35 т.е. зтколичество пропорционально произведению двух входных напряжений с относительной методической погрешностью 2Синхронизация работы устройстваот общего генератора тактовых импуль сов и использование дискретных элементов вычислительной техники позволяют производить умножение практически без инструментальной псгрвшиоСтиПри выполнении операции возведения в квадрат. соотввтствующев входное напряжение подается одновременнона входы обоих компараторов 1 и 16.Предлагаемое устройство может бытьтакже использовано для выполнения 55 операции перемножения длительностей.импульсов. Для этого компараторы 1и 16 отключаются, а перемножаетеимпульсные сигналы, начало которых .сийхронизировано друг относительно 60 друга, подаются на соответствующиевходы элементов 13-15.Таким образом, предлагаемое.устройство по сравнению с прототипомобладает более широкими функциональ ными возможностями, что и определя995103 Формула изобретения ИИПИ Заказ 646/34ираж 704 Подписное. 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 соеди-. нен 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, о т л и ч а ю щ е е с я 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 5ЙЛИ, 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 вхо дом с выходом первого компаратораи с первыми входами элемента И и элемента ИЛИ-НЕ, а вторым входом - с вторыми входами элемента И и элемента ИЛИ-НЕ и с выходом второго ком паратора, подключенного входами квыходу 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 распределителя импульсов. 25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 495674, кл. О Об С 7/16, 1974.2. Авторское свидетельство СССРЗО Р 5743722,кл. 6 06 С 1/161, 1976.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2931266/18-24,кл. 6 06 3 3/00, 6 06 С 7/20, 1980