Преобразователь перемещений в код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СфветскихСфциалнсткческккРеспубяик .(22) Заявлено 04.09.78 (21) 2 бб 4736/18-24 (51)М. Кл. 6 08 С 9/06 с присоединением заявки Нов.СССР ио делам изобретений и открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КОД ЗО Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использовано в системах программного управления, телеуправле ния, контроля и т.п.Для преобразования линейных и уг, ловых перемещений в код применяются преобразователи. Особенностью этой группы преобразователей является нали- О чие кодовой шкалы, позволяющей каждому квантованному уровню перемещения поставить в соответствие определенную кодовую последовательность. Кодовая шкала жестко связана с объектом, перемещение которого преобразуется в код.,15 Код считывается при помощи блока считывающих элементов, Конструктивно наиболее просты однодорожечные кодовые шкалы, выполненные в виде кодового кольца.Один из известных преобразователей содержит в качестве кодовой шкалы кодовое кольцо 00010111 и три чувствительных элемента, расположенных вдоль 25 дорожки с интервалом в один шаг квантования/8 длины дорожки. При .этом каждому из восьми положений кодовой шкалы соответствуют неповторяющиеся трехразрядные кодовые комбинации: 000, 001, 010, 101, 011, 111, 110, 100 1 1.Недостатками устройства являются наличие ошибок считывания, возникающих на границах квантования, и необходимость размещения чувствительных элементов с интервалом в один шаг квантования. Обладая конечными размерамй, чувствительные элементы не позволяют разбивать шкалу на большое число квантованных условий, так как при этом уменьшается шаг квантования. Это ограничивает расширение диапа-зона преобразования, К недостаткам следует отнести и то, что точность пре образования.не может превышать величины шага квантования кодовой шкалы. Другим техническим решением является известный преобразователь угла в код, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, йеподэижный блок считывающих элементов, оптически связанных с кодовой шкалой, а выходы блока считывающих элементов подключены к блоку преобразования комбинаторного кода в двоичный, состоящему из генератора импульсов, регистра сдвига, кольце-,ного коммутатора, дешифратора исходных комбинаций и блока разветвлений 2(К основным недостаткам укаэанного устройства относятся невысокая точность, а также сложность преобразования комбинаторного кода в двоичный.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь перемещений в код, (31 содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов, выполненный в виде полу" проводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывающих элементов, выход которого подключен к первому входу формирона" теля импульсов грубого отсчета, нторойвыход генератора импульсон подключен к первому входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно к второму входу формирователя младших разрядов кода и к первому входу регистра сдвига, второй вход которого.;.соединен с выходом счетчика, выход регистра сдвига подключен к блоку преобразования комбинаторного кода в двоичный.Недостатком такого устройства является его сложность. Для преобразования комбинаторного кода н.двоичный необходимо постоянное запоминающее устройство, объем памяти которого резко возрастает с увеличением разрядности преобразователя.Цель изобретения - упрощение преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что н преобразователь, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов в виде полупроводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывающих элементов, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй выход генератора импульсов подключен к первому входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, перный и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно, к второму входу формирователя младших разрядов кода и первому входу регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом счетчика, введены элемент совпадения, элемент неравнозначности, два .триггера, элемент ИЛИ25 30 35 4 О 45 50 миронатель 5 импульсон грубого отсчета, регистр сдвига б, счетчик 7, элемент совпадения 8, элемент нераннозначности 9, первый триггер 10,второй триггер 11, элемент ИЛИ 12,регистр 13 выходного кода.Принцип работы устройства следующий. Код, нанесенный на шкалу 1, состоит из и-разрядных групп. Разряды каждой группы состанляют двоичный номер к данной группы. Поскольку каждый разряд такой последовательности закреплен за своим уровнем квантования шкалы, то номер й данного разряда во всей последовательности янляется числоным эквивалентом величины перемещения. Для определения номера М необходимо знать номер группы К, н котором содержится данный разряд, и номер с данного разряда н сноей группе. Тогда й= и+с. Поскольку на шкале группы идут друг за другом без отличительных отметок, необходимо считывать не менее 2 д разрядон, тогда одна группа наверняка считается целиком, а избыточные разряды помогут найти границу группы и правильно определить номер группы 1 с . Сдвиг данной группы от начала считываемых разрядов соответствует неличинеДля данного примера;0110.011.1.1.000Рассмотрена часть последовательности, состоящая иэ трех 4-разрядных групп, номера К которых 6,7,8 (группы разделены для удобства точками, хотя кодовой шкале таких меток нет).Считывание 2 п разрядов (н данном случае 8) подчеркнуть. Начало считываемых разрядов справа, Необходимо определить, какой номер й у разряда, который попал в середину справа считываемых разрядов (подчеркнуть сверху), Этот разряд находится в группе с номером и регистр выходного кода, второй выход Формирователя импульсов грубогоотсчета соединен с первыми входамиэлемента совпадения и элемента неравнозначности, вторые входы которых подключены к первому выходу регистра -сдвига, выходы элемента совпадения иэлемента неравнозначности соединеныс входами первого и второго триггеровсоответственно, вторые входы которыхподключены к второму выходу счетчика,второй выход регистра сдвига подключен к первому входу регистра выходного кода, второй вход которого соединен с третьим выходом счетчика, выходы триггеров через элемент ИЛИ под ключены к третьему входу регистра выходного кода.Структурная схема преобразователяпредставлена на чертеже.Преобразователь содержит кодовую 20 шкалу 1, блок 2 считынающйх элементон, генератор импульсов 3, формирователь 4 младших разрядов кода, фор 763939К=7, а группа сдвинута от начала считываемых разрядов на величину =2, которая совпадает с номером указанного разряда в группе (нумерация слева направо с числа 0), Тогда И=74+2= =30.5Основная задача состоит в правильном нахождении границы группы. Необходимо отметить, что укаэанная последовательность образуется последовательной записью состояний двоичного 0 счетчика. Построим вспомогательную последовательность, заменив асболют" ные значения поразрядными приращениями. Обозначим положительное приращение (переход от 0 к 1 в данном разряде) через 1, отрицательные - через О,35 а отсутствие приращений - через Х. Тогда, например, переход от числа б к числу 7-0111 запишется как ХХХХХ, переход от числа 7-0111 к числу 8-1000 запишется как 1000 и т.д. Из 20 этих полученных групп и строится вспомогательная последовательность. Границы групп в обоих последовательностях совпадают. По 2 п разрядам основной последовательности можно определить 25 и разрядов вспомогательной последовательности и найти границу группы, т.е. определить сдвиг с. При этом группы типа ХХХ 1 (только одно положительное приращение в младшем разряде) будут З 0 чередоваться с группами типа Х 100 (отрицательные приращения в младших разрядах с одним положительным на границе перехода к отсутствию приращения). Это подтверждается при рас 35 смотрении работы двоичного счетчика. ОтрЫательные приращения указывают на распространение переноса, а положительные (только одно) на конец распространения. А так как положительные приращения в младшем разряде двоично го счетчика чередуются с отрицательными, то этим и объясняется чередование указанных групп. Поэтому для выработки алгоритма определения границы группы можно рассмотреть лишь часть 45 вспомогательной последовательности (остальные имеют аналогичный вид):Х Х Х 1 Х 1 О О. Х Х Х 1 п=4Правая граница любой группы обязатель но начинается с приращения (положительного или отрицательного), Поэтому если в считанные и разрядов, которые соответствуют 2 п разрядам в основной последовательности, попадают меньше двух положительных приращений (одно или ни одного) то .граница находится на крайнем приращении (положительном или отрицательном) справа, если встречаются два положительных приращения (подчеркнутые разряды),то граница на ходится на втором (считая слева) положительном приращении.Преобразователь перемещений в код работает следующим образом.Код на кодовой шкале 1 представ лен комбинацией штрихов, "1. соответствует наличию штриха, "0" - отсутствию штриха, Изображение кодовой шкалы 1 проецируется на блок 2 считывающих элементов, выполненный в виде блока элементов с зарядовой связью, число которых равно (2 п+1 )щ, где в - количество разрядов точного отсчета. Все считывающие элементы расположены равномерно. Одному считывающему элементу соответствует квант перемещения. Светочувствительные элементы блока 2, получившие при освещении электрический заряд, пропорциональный уровню освещенности, запоминают его. Это соответствует перенесению изображения кодовой шкалы 1 на блок 2. Элементы блока 2, получившиезаряд, могут работать в режиме регистра сдвига, поэтому при подаче на тактовые входы блока 2 сигналов с выходагенератора импульсов 3 электрические заряды, полученные при освещении, перемещаются на выход, где преобразуются в импульсы. Наличие штриха на кодовой шкале 1 соответствует наличию импульса на выходе блока 2. Количество тактовых импульсов, необходимое для считывания информации со всего блока 2, равно количеству (2 п+1)щ светочувствительных элементов. Число тактовых импульсов с генератора 3 подсчитывается одновременно в в-разрядном счетчике формирователя 4. Импульсы переполнения счетчика формирователя 4 поступают на входы формирователя 5 и счетчика 7, При появлении первого импульса на выходе блока 2, соответствующего "1" информации, производится опрос состояния счетчика формирователя 4 импульсом, поступающим с выхода Формирователя 5. Состояние счетчика Формирователя 4 соответствует в этот момент младшим разрядам выходного кода преобразователя, поскольку определяется числом светочувствительных элементов от начала блока 2 до местоположения первого разряда кодовой шкалы 1, спроецированнойна блок 2. После считывания показанийсчетчика Формирователя 4 и образования младших разрядов выходного кода преобразователя в счетчике формирователя 4 устанавливается код в/2 и счетвыходных импульсов генератора 3 продолжается.Старшие разряды выходного кода вводятся в регистр б при помощи импульсов сдвига, поступающих с выхода счетчика Формирователя 4 через счетчик 7. До появления первой единицы кода в регистр б заносится столько нулей, сколько импульсов сдвига выработается в Формирователе 4 к этому времени, С момента Формирования младших разрядов кода импульсы сдвига вырабатываются до конца цикла преобразования с интервалом щ тактов при начальном смещении в/2 тактов. Первый из этих им55 пульсов сдвига заносит в регистр бпервую единицу, а последующие - остальные значения разрядов. При этомполучается, что информация с выходаблока 2 поступает в Формирователь 5н серединах интервалов, образованныхимпульсами сдвига., что позволяет устранить неоднозначность. считывания кодов на границах квантования.Проходя через и - разрядный сдвиговый регистр б, информация появляется на его выходе с задержкой в и .тактов. Таким образом появляется возможность анализировать одноименные разряды соседних групп в основной последовательности. Элемент 8 совпадениявыделяет положительные приращения, 15а элемент 9 иеравнозначности - любыеприращения. При поступлении неравнозначных разрядов на входе элемента 9последний вырабатывает сигнал установки в ноль триггера 11, который был 20первоначально установлен в "1". Приэтом выходной сигнал с триггера 11поступает через элемент ИЛИ 12 насинхронизирующий вход регистра 13,который принимает текущее значение д 5разрядов счетчика 7 (кроме старшегоразряда) и регистра б.Согласно описанному алгоритму, вданный момент в регистре.="б может присутствовать код номера группы К, а всчетчике 7 - код сдвига ,С выходаэлемента 8 совпадения вырабатываютсясигналы положительных приращений, которые поступают на счетный вход триггера 10 и, если приходит второй сигнал положительного приращения, тотриггер 10 (используется как делительна 2) вырабатывает сигнал, которыйчерез элемент ИЛИ 12 также поступаетна синхронизирующий вход регистра 13переписывая окончательные коды К и й. 40Если второго положительного приращения нет, то в регистре 13 остаетсястарое значение, которое являетсяправильным. Старший разряд счетчика 7запрещает в течение первых и тактовработу триггеров 10, 11, устанавливаяв них значения "0" и "1" соответственно. Это необходимо для прохожденияпервого считанного разряда через регистр б.50Следует отметить, что при и=2.(где В - целое положительное число)вычисления по Формеле Ц=К и+с. сводятся к простому составлению чисел К ис, при этом с занимает В младших, аК-и старших разрядов числа й,в предложенном устройстве одни ите же конструктивные узлй имеют возможность одновременного получениягрубого и точного отсчетов. Грубыйотсчет осуществляется за счет считы- щвания и"разрядного кода К и определения его положения кодом с,обеспечиваяточность измерения 1 (2 од и), аиточный отсчет обеспечивается внутришаговым делением на величину е чув- у 5 ствительных элементов, размещенных на одном шаге квантования шкалы.Основным преимуществом предлагаемого устройства является наличие на его выходе арифметического кода, что устраняет использование кодопреобразователя и уменьшает количество оборудования по сравнению с прототипом. Новый Вид кодирования универсален и позво,ляет Формировать кодовые шкалы для кодов любой разрядности и с любым основанием, а также такие, как дноично-десятичные.Технико-экономический эффект от внедрения заявляемого устройства на данном этапе подсчитать не представляется возможным.Формула изобретенияПреобразователь перемещений н код, содержащий однодорожечную кодовую шкалу, укрепленную на объекте перемещения, неподвижный блок считывающих элементов, .выполненный н ниде полупроводникового элемента с зарядовой связью, оптически связанного с кодовой шкалой, первый выход генератора импульсов подключен к входу блока считывания элементов, выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов грубого отсчета, второй ныход генератора импульсов подключен к перному входу формирователя младших разрядов кода, выход которого подключен к счетчику и второму входу формирователя импульсов грубого отсчета, первый и второй выходы формирователя импульсов грубого отсчета подключены соответственно к второму входу Формирователя младших разрядов кода и первому входу регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, сокрашения оборудования и расширения функциональных возможностей, н него ннедены элемент совпадения, элемент не- равнозначности, два триггера, элемент ИЛИ и регистр выходного кода, второй, выход формирователя импульсов грубого отсчета соединен с первыми входами элемента совпадения и элемента неравнозначности, вторые входы которых подключены кпервому выходу регистра сдвига, выходы элемента совпадения и элемента неравнозначности соединены с входами первого и второго триггеров соответственно, вторые входы которыхподключены к второму выходу счетчика, второй выход регистра сдвига подключен к перному входу регистра выходного кода, второй вход которого соединен с третьим выходом счетчика, выходы триггеров через элемент ИЛИ подключены к третьему входу регистра .выходного кода.763939 10 Шкалы в системах автоматики. М.,Энергия,1973,с.31-32,58-60, рис10,11.28.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2476635/18-24,кл. (Ь 08 С 9/06, 1977 (прототип). Составител И. Назаркиналовокая1 ехред А.Бойкас Корректор М. Шарошн Редактор Тираж 2Государственногоелам изобретений иква, Ж, Раушска о ка.Филиал ППП Патент , г. ужгород, ул. Проектная Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельствО СССРВ 388290, М, кл. 9 08 С,9/04, 1973. Яарин Ю, С. и др. Комбинаторныеми тк на Подпа СССРийд. 4/5