Многоканальный преобразователь угол-код

СОЮЗ СОВЕТСНИХОСЮУЛВаесиикРЕСГ 1 УБЛИН С 08 С 19/О ГОСУДАРСТВЕННЬ 9 КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРС Юа1(21) 3600070/18-2422) 30.05.83(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 991468, кл. С 08 С 19/00, 1981.2, Авторское свидетельство СССР ф 684577, кл, С 08 С 19/04, 1977 (прототип).(54)(57) ИНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГОЛ-КОД, содержащий генератор опорного сигнала, первый выход которого подключен к входам сннусно-косинусных вращающихся трансформаторов, выходы которых подключены к коммутатору каналов, первый операционный усилитель, выход которого подключен к информационному входу первого регистра последовательных приближений, второй операционный усилитель, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены шина нулевого потенциала, два цифроаналоговых тригонометрических перемножитеая, девять одновибраторов, шесть элементов И-НЕ, один инвертор и второй регистр последовательных приближений, информационный вход которого является входом сигнала логической единицы преобразователя, выход первого, второго, треть. его и четвертого старших разрядов второго регистра последовательных приближений через первый, второй, третий и четвертый одновибраторы подключены к первому, второму, третьемуи четвертому входам первого элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу первого регистра по,801117304 А следовательных приближений и через пятый одновибратор подключен к первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра последовательных приближений, выходы остальных разрядов которого через последовательно соединенные третий элемент И-НЕ и шестой одновибратор подключены к пятому входу первого элемента И-НЕ, а стартовый вы";од - к шестому входу первого элемента И-НЕ н через инвертор к первому входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого через седьмой одновибратор подключен к второму входу второго элемента И-НЕ, второй выход генератора опорного сигнала подключен к прямому входу второго операционного усилителя, инверсный вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход соответственно через восьмой и девятый одновибраторы подключен к первому и второму входам пятого элемента И-НЕ, выход которого подключен кпервому входу шестого элемента И-НЕ,выход которого подключен к второмувходу четвертого элемента И-НЕ,второй вход шестого элемента И-НЕ является старшим входом преобразователя, выходы коммутатора каналов подключены к аналоговым входам первогои второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, к цифровькчвходам которых подключены выходыразрядов первого регистра последовательных приближений, которые являются выходами преобразователя, выходы первого и второго цифроаналаговых тригонометрических перемножителей подключенысоответственно к инверс ному и прямомувходам первого операционного усилителяНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсяпреобразователь угла поворота валав двоичный кад, содержащий синуснакосинусные вращающиеся трансформаторы, подключенные ко входам коммутатора каналов, выходы которого подключены через парафазные усилителико входам коммутатора квадрантав,один выход которого подключен к первому входу первого преобразователякод-напряжение, первый выход которого соединен со входам первого операционного усилителя, выход первогооперационного усилителя соединен са 4 Овходом блока сравнения, выход которого подключен к первому входу регист -ра управления, блок синхронизации,выход которого через последовательно соединенные делитель тактовыхимпульсов и распределительный блокподключен ко второму входу регистрауправления, выходы которого саециненыс управляющими входами коммутатораквадрантов и первого преобразовате Оля код-напряжение, второй и третийоперационные усилители и второй преобразователь код-напряжение, второйвыход коммутатора квадрантов подключен ко входу второго операционного усилителявыход которого соединен со входом второго преобразователя код-напряжение, первый выход ЗО Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при реализации устройств ввода угловой информации в вычислительную машину, 5Известен многоканальный преобразователь угол-код, содержащий источник информации, подключенный через коммутатор к первому входу блока преобразования аналоговой величины в код, вы О ход которого подключен к блоку памяти, блок управления, один выход которого подключен к управляющим входам коммутатора и блока памяти, а другой выход " ко второму входу блока преаб разования аналоговой величины в кац, выход блока памяти подключен к третьему входу блока преобразования аналоговой величины в код13Недостатком такого преабразова теля является низкое быстродействие, связанное с выбором следящего метода преобразования с использованием реверсивного счетчика для формирования выходного кода. 25 которого соединен со входом второгооперационного усилителя, вторые выходы первого и второго преобразователейй код-напряжение с аединены с авходом третьего операционного усилителя, выхацы второго и третьего операционных усилителей соединенных савходами блока сравнения, выход регистра управления подключен к управляющему входу второго преобразователя код-напряжение2 1 Недостаткам известнага преобразователя также является невысокое быстродействие, чта связано с выбором равнык по длительности тактовопределении содержания разрядов выходного кода па методу наразряднага кодирования и наличием задержек в парафазных усилителях и коммутаторе квадрантов.Цель изобретения - повышение быстродействия мнагаканальнага преобразователя угал-кад.Поставленная цель достигается тем что в многоканальный преобразователь угал-кад, содержащий генератор опорного сигнала первый выхац которого подключен ко входам синус-. на-касинусных вращающихся трансформаторов, выходы которых подключены к коммутатору каналов первый агерацианный усилитель Выход катарага подключен к информационному входу первого регистра последовательных приближений, второй операционный усилитель, введены шина нулевого потенциала, два цифрааналагавьх тригонометрических перемнажнтеля, де-. вять аднавибраторов,шесть элемента:з И-БЕ, один инвертор и второй регистр последовательных приближений, инфар - мационный вход которого является входам сигнала логической единицы преобразователя, выход первого, второго третьего и четвертага старших разря - дав второго регистра последовательных приближений через первьй, второй, третий и четвертый аднавибратары подключены к первому, второму, третьему н четвертому вха,.ам первого элемента И-НЕ, выход которого пацключен к тактовому входу первого ре - гистра последовательных приближений и через пятый аднавибратар пад 1 яючен к первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к тактавсму входу второго регистра последовательных приближений, выходы асталь 1117304ных разрядов которого через последовательно соединенные третий элемент И-НЕ и шестой одновибратор подключены к пятому входу первого элемента И-НЕ, а стартовый выход - к шестому входу первого элемента И-НЕ и через инвертор к первому входу четвертого элемента И-НЕ, выход которого через седьмой одновибратор подключен ко второму входу второго элемента 1 О И-НЕ, второй выход генератора опорного сигнала подключен к прямому входу второго операционного усилителя, инверсный вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход соответственно через восьмой и девятый одновибраторы подключен к первому и второму входам пятого элемечта И-НЕ,выход которого подключен к первому входу шестого элемента И-НЕ, выход которого подключен ко второму входу четвертого элемента И-НЕ, второй вход одиннадцатого элемента И-НЕ является стартовым входом преобразователя, выходы коммутатора каналов подключены к аналоговым входам первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей, к цифровым входам которых подключены выходы разрядов первого регистра последо- З вательных первого регистра последовательных приближений, которые являются выходами преобразователя выходы первого и второго цифроаналоговых тригонометрических перемножителей подключены с оответс твенно к инверсному35и прямому входам первого операционного усилителя.На фиг. 1 представлена блок-.схема многоканального преобразователя уголкод; на фиг. 2 - таблица переходов регистра последовательных приближений; на Фиг. 3 - блок-схема четырех- квадратного цифроаналогового тригонометрического перемножителя.45Преобразователь, содержит двухфазный генератор 1 опорного сигнала, синусно-косинусные вращающиеся трансФорматоры 2, коммутатор 3 каналов, четырехквадратные цифроаналоговые 59 тригонометрические перемножители 4, первый операционный усилитель 5, первый регистр 6 последовательных приближений, второй операционный усилитель 7, одновибраторы 8"14, 23 и 55 24, второй регистр 15 последовательных приближений, первый 16, второй 17, третий 18, четвертый 19, пятый 20 и шестой 21 элементы И-НЕ, инвертор 22, умножающий цифроаналоговый преобразовагель (ЦАП) 25, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 26, операционные усилители (ОУ) 27 и 28, резисторы 29 - 31.Преобразоватепь работает следующим образом.Генератор 1 вырабать 1 вает два опорных гармонических сигнала, сдвинутых друг относительно друга на 90 , однимо из которых запитываются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы 2 (фиг. 1). Управляемый коммутатор 3 каналов подключает выходы выбранного синусно-косинусного вращающегося трансформатора к аналоговым входам четырехквадратных цифроаналоговых тригонометрических перемножителей 4, умножающих аналоговые сигналы я 1 п 8 я 1 п и)С и соя 8 япьюна цифровые коды сигналов соя 7 и я 1 пЧ соответственно (В - угол поворота вала; Ы - фаза сигнала эапитки, ч" - цифровой эквивалент компенсирующего угла). На выходе операционного усилителя 5 вырабатывается сигнал рассогласования, соответствующий лог. 0 , если11 язп(6-) я 1 д и ( д О, и лог. "1", если яп-Ч)япм ЛБ, гдеИ 1 зона нечувствительности операционного усилителя 5 к изменениям входных сигналов, определяющая разрешающую способность преобразователя.Логический уровень с выхода усилителя 5 подается на информационный вход регистра 6 последовательных приближений, функции которого заключаются в Формировании по сигналам на тактовом входе на своих выходах определенной последовательности кодов с одновременной записью в каждом из тактов сигналов с информационного входа в выходные разряды от старшего к младшим. Работу регистра последовательных приближений поясняет таблица переходов на фиг. 2 (стандартная микросхема 155 ИР 17-12 разрядного регистра последовательных приближений). Из таблицы видно, что при поступлении на тактовый вход первого импульса на выходе регистра образуется код 011, соответствующий в преобразователе угол-код углу 9 = 180". В зависимости от величины угла Я, на выходе усилителя 5 формируется логический уровень, который при поступлении второго тактового импульса за1117304 писывается в старший разряд регистра 6. Одновременно на его выходе образуется код Р 011, соответствующий в преобразователе угол-код (в зависимости от значения 0 ) углу90 ф 5 или Ч 270. Результат сравнения 6 иФормируется на выходе усилителя 5 и в третьем такте записывается в следующий за старшим разряд и т.д.В тринадцатом такте на выходе регист" 10 ра 6 оказывается записанным 12-разрядный код, соответствующий углу Ч"6, в на стартовом выходе регистра сс появляется уровень лог "0", свидетельствующий об окончании цикла пре образования. Следующий цикл может быть начат после подачи стартового Импульса, вызывающего очередную серию тактовых сигналов.Максимально достижимая точность 20 преобразования может быть обеспечена при осуществлении цикла измерения в момент наибольшей амплитуды сигнала запитки, а также при условии, что время цикла преобразования незяачительно по отношению к периоду У/и сигнала запятки. Сигнал начала преобразования и, следовательно, сами преобразования могут происходить дважды эа период 2 Т/ю сигнала запитки, в ЗО его положительной и отрицательной фазах. Для повышения точности и упрощения синхронизации момента начала преобразования генератор 1 опорного сигнала выполнен двухфазным. Опорный сигнал второй Фазы (сов со ) поступает яа операционный усилитель 10, фиксирующий изменением логического уровня на своем выходе положительные н от-.рицательные значения сигнала запит ки (з 1 п ы с) . Т= ,+ 60,Для выполнения этого равенства впредлагаемом преобразователе формируются тактовые импульсы переменной длительности, задаваемой одновибраторами 8- 12. Одновибраторы 8 - 11, 13, 14 и 23 по отрицательному Фронту вырабатывают импульс яулевого лог.уровня, одновибраторы 12 и 24 по положительному фронту вырабатывают импульс нулевого лог. уровня. При смене логического уровня на выходе операционного усилителя 7 на выходе одного из одяовибраторов 23 или 24 Формируется импульс нулевого логического уровня, на выходе другого одновибратора в это время поддерживается уровень лог. " 1". На выходе элемента 20 И"НЕ сформированный импульс инвертируется, и при совпадении со стар" товым импульсом единичного логичес" кого уровня через элементы 19 и 21 И-НЕ запускает своим отрицательным Фронтом одновнбратор 14, импульс от которого через элемент 18 И-НЕпоступает на тактовый вход второго регистра 15 последовательных приближений, В соответствии с таблицей на Фиг. 2 в старшем разряде регистра 15 формируется лог. "0". Одновибратор 8 по отрицательному Фронту сигнала ,старшего разряда вырабатывает тактовый импульс, длительность которого Т задается длительностью выходного сигнала одновибратора 8 минимально необходимой для определения старшего разряда кода: Т фф 1 д + 6 0,Задержка преобразования включает в себя две составляющие: С - времяКл переключения ключей ЦАП 25 в сумме со временем выборки кода в ПЗУ 26 (фиг, 3), а также й(0) - время нарастания аналоговых сигналов в ОУ 27 и 28 и в операционном усилителе 5. Первая составляющая 1 не связана с веклличиной коммутируемых сигналов, в то время как вторая, (0), прямо от них зависит; с,(Ц)4 П , где 4 - скорость нарастания ОУ (характеристика быстродействия ОУ в режиме большого ,сигнала), а П " наибольшая величи на сигналов коммутируемых в и-ном такте. Время одного такта Т может быгь представлено, как В соответствии с принципом пораз" рядного кодирования величина Б в каждом последующем такте вдвое меньше, чем в предыдущем, т.е. ПЦ , Б = 0,11, и т.д., поэтому наименьшее время Тч, требуемое для пол" ного цикла преобразования, равно: Т =пе + 4 Ш+Б +П, +П +..+П .). ц кл 1 1/2 1 М фф"С выхода элемента 16 И"НЕ тактовый импульс единичного логического уровня пж 1 упает на тактовый вход первого регистра 6 последовательных приближений и по окончании своим отрицательным фронтом запускает одновибратор 13, импульс которого через элемент 18 И-НЕ поступает на тактовый вход1117регистра 15. В следующем за старшим выходном разряде регистра 15 формируется лог. ".О", на что реагирует одно- вибратор 9, тактовый импульс с выхода которого имеет длительность, минимально необходимую для определения следующего эа старшим разряда кода;Т Е+ 60,(.10,По окончании второго тактового импульса однювибратором 10 формируется третий тактовый импульс длительностью15эа ним одновибратором 11 формируется четвертый импульс длительностью Тй ,+(О Ы . Тактовые импульсы 4 Мл 18о с пятого по последний имеют одинакоВую длительность Т Й ( ./ь)6 у незначительно превышающую с, поскольку на практике величина задержки(0)4 01 много меньшеи ее 3вклад в общую задержку весьма мал."1 04 8По окончании цикла в соответствии с таблицей на фиг. 2 на стартовом выходе сс регистра 15 формируется лог. "О", подготавливающий регистр 6 к следующему циклу и открывающий через инвертор 22 элемент 21 И-НЕ для прохождения очередного стартового импульса с выхода элемента 19 -НЕ. Установка лог. "1" на информационном входе Р регистра 15 обеспечивает требуемый порядок формирования лоГ. .уровней на выходах регистра 15.Возможность произвольно задавать длительность импульсов, вырабатываемых одновнбраторами, позволяет сформировать последовательность тактовьы импульсов, обеспечивающих минимальную задержку преобразования.Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя заключается в повышении его быстродействия при одновременном сужении номенклатуры используемых элементов по сравнению с известными прео рб аэователями.11173 О 4 Х- состояние любое оставитель И, Сидехред И.Асталаш актор Н. Егорова Заказ 7147/1 сн б,д, 4/5 1303 ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 568 Государственного ко елам изобретений и о Иосква, Ж, Раушск рректор И. Иаксимишинец По митета СССР крытий