Устройство для преобразования координат

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН з(5 ц С 06 С 7:22 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ИЗОБРЕТЕНИДЕТЕЛЬСТВУ 3/18-2434, Вюл. Р 22тренкоЛенина институт п(54)(57) УСТРОЙНИЯ КООРДИНАТ,мультиплексор,мационные входы ТВО ЛЛЯ ПРЕОБРАЗОВА- одержащее аналоговый оответствующие инфоркоторого соединены с пч входом устройства и через первый инвераналоговым входом редственно и через два управляющих о мультиплексора соепервым аналогов непосредственно ор и со вторым стройства непо торой инвертор хода аналогово У динены с двумя. старшими разрядами шины задания кода угла поворота, ос тальные разряды которой соединены с кодовыми входами первого и вторбго умножающих цифро-аналоговых преобра вателей, первый и второй выходы ана логового мультиплексора соединены с неинвертирующими входами соответственно первого и второго операционных усилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из кот рых включен резистор обратной связи выходы первого операционного усилит ля и первого сумматора через первый и второй масштабные резисторы соответственно соединены с аналоговым оеетверт го инвертора соединенолнительные а, выход трет через второй масштабныес неинверим входами его инвертои третий дорезисторы стирующим и щего цифроателя, выходь етственно нвертирующ ОПИСАНИ АВТОРСКОМходом первого умнож налогового преобраз.801098009 А второго операционного усилителя ивторого сумматора через третий и четвертый масштабные резисторы соединены с аналоговым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого операционногоусилителя через пятый масштабный резистор соединен с первым вь 1 ходом второго умножающего. цифра-аналоговогопреобразователя и с неинвертирующимвходом первого сумматора, выход второго операционного усилителя черезшестой масштабный резистор соединенс первым выходом первого умножающего цифро-аналогового преобразователяи с неинвертирующим входом второгосумматора, вторые выходы первого ивторого умножающих цифро-аналоговыхпреобразователей соединены с инвертирующими входами соответственновторого и первого сумматоров, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности преобразования, устройство содержит третий ичетвертый инверторы, два ключа, двенадцать дополнительных масштабных резисторов, третий и четвертый операционные усилители и резисторы обратной связи, включенные между их выходами и их инвертирующими входами, при этом выход первого операционного усилителя соединен с входом третьего инвертора и через первый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с вхо1098009 третьего операционного усилителя, выход которого через четвертый допслнительный масштабный резистор соединен с аналоговым входом второго умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход четвертого инверторасоединен через пятый дополнительныймасштабный резистор с инвертирующимвходом первого операционного усилителя, а через шестой и седьмой - снеинвертирующим и с инвертирующимвходами четвертого операционногоусилителя, выход которого соединенчерез восьмой, дополнительный масштабный резистор с аналоговым входомпервого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход первого сумИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для выполнения операции преобразования координат вектора при повороте осей координат.Известны устройства для преобразования координат, выполняющие операцию преобразования координат векторапри повороте осей координат (ротаторы), содержащие сумматоры, множительные блоки и функциональный преобразователь 1 ,Недостатками данных устройств являются ограниченный диапазон изменения угловой переменной и необходимость использования дополнительногоцифро-аналогового преобразователя втех случаях, когда угловая переменнаязадана в виде двоичного кода,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является устройство, содержащее сдвоенный аналоговый мультиплексор, информационныевходы которого соединены с входамиустройства непосредственно и черезинверторы, управляющие входы соединены с двумя старшими разрядами шинызадания угла, а выходы - с входамидвух операционных усилителей, выходыкоторых связаны с соответствующимиинверторами, два умножающих цифроаналоговых преобразователя (ЦАП),аналоговые входы которых через соотматора через девятый и десятый дополнительные масштабные резисторы соединен соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, выход второго сумматора через одиннадцатый и двенадцатый дополнительные масштабные резисторы соединены соответс" твенно с инвертирующим и с неинвертирующим входами четвертого операционного усилителя, неинвертирующие вхо ды третьего и четвертого операционных усилителеи соединены с шиной нулевого потенциала через соответствующие ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующим разрядом шины задания кода угла поворота. взтствующие резисторы связаны с выходами инверторов, а кодовые входы -с шиной задания угла2 3.В данном устройстве координаты 5 исходного вектора подвергаются линейному преобразованию с коэффициентами,являющимися дробно-линейными ф нкциями, аппроксимирующими функции синусаи косинуса угловой переменной. Такое 10 устройство принципиально не можетреализовать точное преобразованиекоординат вектора, причем погрешностьметода достигает 1, 17. Кроме того,данный ротатор дает постоянный сдвиг 15 на угол 45 , что следует учитыватьпри задании угла иэ ЦВМ, Это усложняет программирование при использовании данного устройства в вычислительных и управляющих системах.2 О Цель изобретения - повышение точности преобразования.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для преобразования координат, содержащее аналоговый 25 мультиплексор, соответствующие информационные входы которого соединеныс первым аналоговым входом устройства непосредственно и через первыйинвертор н со вторым аналоговьи вхо- ЗО дом устройства непосредственно ичерез второй инвертор, два управляютихвхода аналогового мультиплексора соединены с двумя старшими разрядами ши3 1098ны задания кода угла поворота, остальные разряды которой соединены с кодовыми входами первого и второго умножающих цифро-аналоговых преобразователей, первый и второй выходы аналогового мультиплексора соединены с5неинвертирующими входами соответственно первого и второго операционныхусилителей, между выходом и инвертирующим входом каждого из которых включен резистор обратной связи, выходыпервого операционного усилителя ипервого сумматора через первый и,второй масштабные резисторы соответственно соединены с аналоговым входомпервого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выходы второго операционного усилителя и второгосумматора через третий и четвертыймасштабные резисторы соединены с ана 20логовым входом второго умножающегоцифро-аналогового преобразователя,выход первого операционного усилителя через пятый масштабный резисторсоединен с первым выходом второго25умножающего цифро-аналогового преобразователя и с неинвертирующим вхо-дом первого сумматора, выход второгооперационного усилителя через шестоймасштабный резистор соединен с первымвыходом первого умножающего цифроаналогового преобразователя н с неинвертирующим входом второго сумматора, вторые выходы первого и второгоумножающих цифро-аналоговых преобразователей соединены с инвертирующими З 5,входами соответственно второго и первого сумматоров, содержит третий ичетвертый инверторы, два ключа,двенадцать дополнительных масштабныхрезисторов, третий и четвертый опе- фрационные усилители с резисторами обсратной связи, включенные между их выходами и их инвертирующимивходами,при этом выход первого операционногоусилителя соединен с входом третьего инвертора и через первый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом четвертого инвертора,выход третьего инвертора соединенчерез второй и третий дополнительныемасштабные резисторы соответственнос неинвертирующим и с инвертирующим.входами третьего операционного усилителя, выход которого через четвертый дополнительный масштабный резистор соединен с аналоговым входом вто 009 4рого умножающего цифро-аналогового преобразователя, выход. четвертого инвертора соединен через пятый дополнительный масштабный резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а через шестой и седьмой - с неинвертирующим и с инвертирующим входами четвертого операционного усилителя, выход которого соединен через восьмой дополнительный масштабный резистор с аналоговым входом первого умножающего цифро-аналсгового преобразователя, выход первого сумматора через девятый и десятый дополнительные масштабные резисторы соединен соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами третьего операционного усилителя, выход второго сумматора через одиннадцатый и двенадцатый дополнительные масштабные резисторы соединены соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами четвертого операционного усилителя, неинвертирующие входы третьего и четвертого операционных усилителей соединены с шинойнулевого потенциала через соответствующие ключи, управляющие входы которых соединены с соответствующим разрядом шины задания кода угла поворота.В предлагаемом устройстве паразитный сдвиг на угол 45 , имеющийся в устройстве-прототипе и усложняющий программирование, устраняется эа счет использования операционных усилителей в режиме суммирования для поворота исходной системы координат в обратном направлении. Введение дополнительных перекрестных обратных связей при помощи дополнительный инверторов и операционных усилителей, знак коэффициентов передачи которых управляется от третьего старшего разряда входной шины, повышает порядок аппроксимации тригонометрических функций, благодаря чему методическая погрешность устройства уменьшается более, чем в 10 раз. Это позволяет соответственно повысить точность преобразования координат.На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство,Устройство содержит инверторы 1 и 2, операционные усилители 3 и 4, умножающие цифро-аналоговые преобразователи 5 и 6, сумматоры 7 и 8, масштабные резисторы 9-28, аналоговый мультиплексор 29, аналоговые входы 30 и 31, шину задания кода угла поворота 32, ключи 33 и 34, инверторы(6) 35 и 36, операционные усилители 37и 38 с резисторами обратной связи39 и 40,Устройство работает следующимобразом. 5Сигнал х, соответствующий первойкоординате преобразуемого вектора,поступает на первый вход устройства30 и иннертор 1, а сигнал у, соответствующий второй координате преобразуемого вектора - на второй входустройства 31 и инвертор 2. Аналоговый мультиплексор 29 управляется двумя старшими разрядами кода угла поворота Ч, поступающего на шину 32, 15Иасштаб угловой переменной 7 выбирают таким образом, чтобы ее изменению от 0 до 360 соответствовалооизменение двоичного кода от 0 до 1.В этом случае дна старших разряда 20кода соответствуют номеру квадрантаугла поворота осей координат, Приэтом порядок соединения сигнальньгхвходов и выходов аналогового мультиплексора 29 выбирают так, чтобы принахождении углаг в 1, 2, 3 и 4-омКвадрантах (т.е. при поступлении нашины старших разрядов кодон 00, 01,10 и 11) на первый выход мультиплексора 29 поступала величина +х, +у, 30-х, -у, а на второй выход- соответственно +у, -х, -у, +х, При этом мультиплексор 29 используется так же, каки в устройстве-прототипе, для реализации поворота осей координат соответственно на углы О, 90, 180 270 Иасштабные резисторы 25-28 выбирают равными по величине. В этом случае, если напряжение на первом и нто 40 ром выходах аналогового мультиплексора 29 обозначить как хи у, а напряжения на выходах операционньгх усилителей 3 и 4 соответственно как х ито можно показать, что4) Преобразование (1) соответствует повороту осей координат на 45 и умножению модуля исходного вектора ча 1/2/2,Остальная часть устройства, образованная умножающими цифро-аналоговы-" ми ггреобразователями 5 и 6, сумматорами 7 и 8, операционными усилите" лями 37 и 38. ключами 33, 34 и относящимися к ним масштабными реэистсрами 9-24 и резисторами обратной связи39-40, служит для поворота осей координат вектора (х, у) на угол У -45причем угол Ч , изменяющийся в пределах 090 О, задан кодом, обраэонанным младшими разрядами (начинаяс третьего) двоичного кода, поступающего на входную шину данных 32. Этоткод угла 8 поступает на объединенные поразрядно цифровые коды первого5 и второго 6 умножающих ЦАП с соответствующих шин младших разрядов входной шины данных 32. При этом, еслиобозначить напряжения на аналоговыхвходах первого и второго умножающихЦАП 5 и 6 как Б и 0 , то их ньгходные токи на первых и вторых выходахсоответственно пропорциональны: для второго 6 умножающего ЦАП.Операционный усилитель 37 служитцля ныпопнения операций где Б 1 равно 1 или - 1 соответственно при разомкнутом и замкнутом ключе 33. Цля этого необходимо, чтобы сопротивления резисторов определялись соотношениями;- ц К 1 В= 2 КЗ 9 г (5) В. 1 =К , =: 42Аналогично этому операционный усилитель 38 с резистором обратной свези 40 служит для выполнения операций Где 82 равно 1 или - 1 при разомкнутом и замкнутом ключе 34,Таким образом с учетом (2), .(3),(7) где а, Ь, с и д - некоторые постоянные, величина которых определяется выбором сопротивлений масштабных резисторов, а 9 - угол, код которого задан младшими разрядами (начиная с третьего) кода угла .После преобразований и установкй требуемых коэффициентов передачи систему уравнений (7) можно свести к следующей:Н:) сИЧ +У 51 птТ2 1 4 1 4(в)У =-Х пуф - +У соз т - ,Л И2 1 4 1что соответствует повороту осей координат на угол34Фактически величина У изменяется от -1 до +1, поэтому для сохранения работоспособности устройства коэффи циент Я выбирают равным -1 при 9 0.1 Таким образом, в случае, когда третий разряд кода угловой переменной У, поступающего на входную шину данных 32, равен нулю, 8=-1, в противном случае В=1.Это легко осуществить, управляя ключами 33 и 34 от третьего старшего разряда входной шины данных,При этом оконечная часть устройства реализует операцию поворота на угол 90 У, где 0Ч1 обозначает величину, заданную младшими разрядами кода входной шины данных 32.Таким образом, устройство реализует операцию поворота осей координат на угол 0 в360 при изменении величины, заданной кодом угловой переменной, подаваемым на входную шину данных.Устройство работоспособно и при реализации углов поворота осей коородинат, больших 360 . При этом старшие разряды кода угла Чне учитываются, Если угол 0, он вводится в дополнительном коде.Технико-экономический эффект от использования изобретения опрепеляется повышенной точностью преобразования (погрешность 0 1-О,5 Х) при незначительном возрастании стоимости (на 10-153 .1098009 Составитель Г. ОсипГорват Техред Ж.Кастелевич Решет Корре ак аз 4207/4ВНИИП дписноеР 1130 атент",ал Тираж 69 Государствен елам изобрет осква, Ж,комитета С и открытий ская наб.,Ужгород, ул. Проектйая