Устройство для возведения в степань аналоговых сигналов

О П И С А Н И .:5,.1-, УИЗОБРЕТЕК Ий ;К АВе ОРСКОМУ СВИДЕИЛЬС 7 ВУ Союз Советскии Социалистицеских Республик(22) Заявлено 11.08.75(21) 2163775/24с присоединением заявки М фц. 16 осударстаенныи комит Совета Министраа ССС по делам изобретений и открытий(43) Опубликовано 25.02.77 Бюллет бликования описани 2,06. 7 )(71) Заявитель вастопольский приборостроительный институт(54 СТРОИСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В СТЕПЕНЬАНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ няе 1 И 1 с и на я з а в 1 с. и о с ьСОВ И ОПОРнь 1. О 11 Гк,:ЛОсом раоот 1- схс;1-; Оопп.1; И.1.торого обеспечив,тс ся - О ои пмпуль е диапазо п веде являетработь нераыполИзобретение относится к устройствамдля функционального преобразования входных сигналов, в частности для возведенияв степень аналоговых сигналов, и можетбыть использовано в автоматике и вычислительной технике.Известны преобразователи, используемые для возведения в степень аналоговыхсигналов и содержащие блок сравнения,схему И, генератор опорного сигнала, генератор импульсов и счетчик 11,Недостатком этих преобразователейявляется узкий диапазон работы.Известно и другое устройство для возния в степень, содержащее генераторопорного сигнала, соединенный с генера -тором импульсов и первым входом схемысравнения, выход которой подключен к первому входу элемента И, а второй входэлемента И соединен с выходом генера -ора импульсов, и счетчик 21.Недостатком такого устройства я то, что динамический диапазон граничен диапазоном перестройки ора импульсов, в пределах которо репеах коточность сравнения,Целью изобГете 11 я я;=, .стоядиа 11 азона рабо:ы устройстъ:.,Поставкснка.-; цо;ь дсстгт.устройство допол 1 кте.1 ько со.1 с: .О ляемый де;п 1 тель нанряжс:11 я о:ния, дели ел 1 частоты, эл О.ЧИ ДОПОЛЧИТЕ ЬКЬ"- - -еМ 1- -тельный скетчк, лот олк 1 те;, у,сравнения, .входы блокаароъ;ск. - :б чены к дополниголькой с.:О;:ес;в;1 Ок; -рез ключи, управляОшие вхоь; хотор 1;:;присоединены соответстве 1 ко к Орко 1и последкему выходам б:ока у.,зов.:вход управ,яе;О делитля . кк"11 к:, а0 ляется входом устройства, а в.:ход ;с:;- ключеч к второму входу Основкс,сравнения ик входу дона-.11 те;,ь:с;сравнения выхоль блок.=; у.;,а 1;1 О.,;.,и ОООдинены с управляющими входа,1 1:рь 1; -мого делителя капряжекияИеов,1 к. -1 Оства,На чертеже представлена функциональная схема устройства,Устройство содержит управляемый делитель напряжения 1, схемы сравнения 2и 3, ключи 4 и 5, блок управления б,генератор опорного сигнала 7, генераторимпульсов 8, элементы И 9-12, цепочки, содержащие делители частоты 13 и14 и элементы ИЛИ 15 и 16, счетчики17 и 18. Управляемый делитель напряжения 1 имеет и ступеней ослабления,коэффициент передачи К равенК= (4)где 1 =1,2 . и -номер ступени ослабления делителя 1;1 т1 - постоянная величина, равнаяотношению величин ослабления соседнихстепеней управляемого делителя напряжения.Блок управления б имеет и устойчивых состояний, Коэффициент деления каждого из делителей частоты 1 3, 1 4 выб ран рав- ным д=тпР(2) где Р -показатель вычисляемой степени.Предлагаемое устройство работает следующим образом.Делитель 1 делит входной сигналЧ так, что сигнал Ч 2 на его выходе принимает(3)2 тП"Генератор опорного сигнала 7 вырабатывает сигнал Ч, который изменяется по периодическому линейному закону и в течение одного периода повторенияТ имее. вид Ч = К (4)5 1где (- Т -текущее время;К 1 -коэффициент пропорциональности.Схема сравнения 3 сравнивает сигнал Ч с нулевым уровнем, заданным в схеме 3, и с уровнем сигнала Ч 2 и на своем выходе вырабатывает прямоугольный имдами дополнительных элементов И, вторыевходы которых соединены с выходом основного элемента И, причем выход первогодополнительного элемента И соединен черезпоследовательно соединенные цепочки,состоящие из последовательно включенныхделителя частоты и элемента ИЛИ сосчетчиком, вход первого делителя частоты и вторые входы элементов ИЛИ подключены к выходам дополнительных элементов И, а генератор опорного сигналачерез дополнительный счетчик соединенсо входами установки нуля делителей частоты и счетчика, выходы делителей частоты и счетчик являются выходами устрой пульс, длительность (, которого и орцинальна уровню сигнала ч,г= -К(5) 5Элемент И 9 открывается на время Ги пропускает импульсы, поступающие свыхода генератора 8. Частотаимпульсорна выходе генератора 8 связана с сигналом Ч соотношением(6) где ) = 1,23- номер цикла преобразования. Включение требуемой величины ослаоления делителя 1 и соответствующего элемента И 10, 11, 12 обеспечивается сигналами с выходов блока управления 6, 60 который вместе с управляемым делителем Р где К 2 -постоянный коэффициент.С выхода элемента И 9 импульсы поступают через один из дополнительныхэлементов И 10, 11, 12, на который поданразрешающий потенциал с выхода блокауправления 6, на соответствующий элемент ИЛИ. Делители частоты 13 и 14и счетчик 17 образуют регистр памяти,который подсчитывает количество импульссов, поступивших с выхода элемента И 9,В результате за один цикл преобразованияв регистр памяти записывается число М,равноеН=тп (7)Подстановкой соотношений (4) и (6) в соотношение (7) получаемГ30 Р(-1) Г Р 1 Р 1 Р(1-1) К Рок Р лР Й)ЧРР=К тпР(1-) = КЧИгде (з к Р -коэффициент пропорциональности,Дополнительный счет "ик 18 подсчитываетколичество периодов выходного сигнала Чугенератора 7, равное числу циклов преобра 40зования, Когда число циклов преобразованиястановится равным (;, счетчик 18 вырабатывает импульс сброса, который поступает на входы установки нуля делителейчастоты 13,14 и счетчика 17 и возвра 45шает их в исходное состояние.При этомс выходов старших разрядов регистра памяти, образованного делителями частоты13, 14, и счетчиком 17, считывается в50параллельном коде число И, равноей (9)е1, схемой сравнения 2, ключами 4,5образует следящую систему регулирования,работающую следующим образом.Блок сравнения 2 сравнивает сигналЧ С ПОРОГОВЫМИ ВЕЛИЧИНаМИ ЧО И тт 1 ЧО7которые заданы в схеме 2.При выполнении условия(10) Ч (Чо Чо(Ч сычт опри выполнении которого блок сравнения 2 не вырабатывает импульсы и никаких переключений в устройстве не происходит .При включении ступени наименьшего ослабления делителя 1 ключ 4 закрывает ся и отключает схему 2 от блока 6, предохраняя устройство от циклического переключения при выполнении условия (10). В этом состоянии устройство находится пока не окажется выполненным условие М те Ч(12) При этом схема 2 вырабатывает импульсы на входе ключа 5. Каждый из импульсов проходит через ключ 5 и переключает блок 6 в состояние, которому соответствует включение следующей большей ступени ослабления делителя 1 и следующей меньшей ступени деления цепочки из делителей частоты 13, 14. При этом сигналуменьшается в тл раз, а число, записываемое в регистр памяти, увеличивается в т 11 раз.Аналогичные переключения происходят. пока не окажется выполненным условие 13,При включении ступени наибольшего ослабления делителя 1 ключ 5 закрываеч ся и отключает схему 2 от блока 6, пр дохраняя устройство от циклического переключения при выполнении условия (12 ).В этом состоянии устройство находит ся, пока не окажется выполненным условие (10). Далее работа устройства происходит аналогично.Параметры схемы сравнения 2 выбраны так, что период повторения вырабатываеблок 2 вырабатывает импульсы на входе ключа 4. Каждый из импульсов проходит через ключ 4 и переключает блок управления 6 в состояние, которому соответствует включение следующей меньшей ступени ослабления делителя 1 и следующей большей ступени деления цепочки делителей частоты 13, 14. При этом сигнал Ч увеличивается в то раз, а число, записываемое в регистр памяти, уменьшается в тп раз. Анапогичные переключения происходят1 пока не окажется выполненным условие мых им импульсов больше времени, необходимого для однократного переключенияблока управления 6 и всех связанныхс ним элементов.В процессе работы устройства масштабвходного сигнала Ч изменяется так,что сигнал Ч 2 на входе схем сравненияавтоматически удерживается в узком динамическом диапазоне, равном т . Синхрон 1 О но с изменением масштаба входного ситнала У масштаб числа, пропорциональногосигналу Ч изменяется так, что число ЙРзаписываемое в регистр памяти, образованный делителями частоты 13, 14 р и счетчиком 1 7, пропорционально входномусигналу уРРегистр памяти суммируетпоследовательность значений входного сигналаЧ, преобразованных в цифровую форму, щ и вместе с дополнительным счетчиком 18,коэффициент деления которого равенделит сумму на число циклов преобразования. В результате устройство осушествляет осреднениепоследовательных циклов преобразования. Другим примером выполнения предлагаемого устройства является устройство, вкотором в отличие от описанного отсутствует связь между генератором опорногосигнала 7 и генератором импульсов 8.При этом частота импульсовгенератора 8 остается постоянной, а генераторопорного сигнала 7 вырабатывает периодический сигнал М,который в пределах одного периода повторения Т имеет видЧ: К т (13)где К 4-постоянный коэффициент.При этом в регистр памяти, образованный делителями частоты 13, 14 и счетчиком 17, записывается число М равноеРМР(-11 Р(1-1) Ч -1)р =ЯРР 1 1) Ч Р"О Осреднение результатов последовательных циклов преобразования осушествляеся аналогично описанному.Сжатие динамического диапазона входного сигнала в аналоговой форме с после дуюшим расширением динамического диапазона, возведенного в степень сигнала вцифровой форме, позволяет расширить динамический диапазон работы устройства иповысить его точность, так как элементы бО устройства, непосредственно преобразую 547784шие уровень сжатого сигнала. в число импульсов, работают в узком динамическомдиапазоне. Возможность осреднения результатов нескольких последовательных цикловпреобразования ведет к повышению точности устройства и позволяет вычислять такие вероятностные характеристики входчого сигнала, как математическое ожидание,среднеквадратичное значение, дисперсиюи т. п. В результате существенно расширяются функциональные возможности устройства и область его применения,Формула изобретенияУстройство для возведения в степеньаналоговых сигналов, содержащее генератор опорного сигнала, соединенный с генератором импульсов и первым входом схемы сравнения, выход которой подключен к первому входу элемента И, а второй вход элемента И соединен с выходом генератора импульсов и счетчик, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона работы, оно содержит управляемый делитель напряжения, блок управления делители частоты, элементы ИЛИ, ключи, дополнительные элементы И, дополнительный счетчик, дополнительную схему сравнения, входы блока управления подключены к дополнительной схеме сравнения через ключи, управляющие входы которых присоединены соответственно к первому и последнему выходам блока управления, вход управляемого делителя напряжения являетсявходом устройства, а выход подключен квторому входу основной схемы сравненияи к входу дополнительной схемы сравнения,выходы блока управления соединены с управляющими входами управляемого делителя напряжения и первыми входами дополнительных элементов И, вторые входы которых соединены с выходом основного элемента И, причем выход первого дополнительного элемента И соединен через последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно включенныхделителя частоты и элемента ИЛИ со счетчиком, вход первого делителя частоты ивторые входы элементов ИЛИ подключенык выходам дополнительных элементов И,а генератор опорного сигнала через дополнительный счетчик соединен со входамиустановки нуля делителей частоты и счетчика, выходы делителей частоты и счет чик являются выходами устройства .Источники информации, принятые во внивнимание при экспертизе.1. Хлистунов В. Н. Основы цифровой электроизмерительной техники и цифро/I /ЗО вые преобразователиМ;Л. Энергия,1966,с, 53-55.г2. Авт. св. М 440677, М Кл.О 06 Т 3/00 от 06,03.73,. Грипенко 38/102ЦНИИПИ Гос Т аж 902 Пнного комитета м изобретений и ква, Ж, Рауш дписно тве овета Министроткрытий дел Мо 303, д. 4/5 ская иал ППП "Патентф, г, Ужгород, ул, Проектная,