Аналого-цифровое множительное устройство

СОЮЗ СОЕЕТСНИХсоцидлистичеснихРЕСПУБЛИН 1/00; С 06 С 7/16 П ЗОБ ТЕНИЯ ЬСТ 977, Мф 1 ское свидет л. С 06 .1 1 вадов гелючО иРо ыо-. АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР м изОБРетений и очнРытЮ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИД(56) 1. "Автометрия", 1с. 84-87.2. Автор ельство СССР У 533944, к /00, 1975 (прототип)(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ МНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее блок управления, первый интегратор, вход которого через первый ключ соединен с первым входом устройства и через второй ключ - с выходом источника эталонного напряжения, а выход - с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с первым входом блока управления, третий ключ, информационный вход которого соединен с вторым входом устройс: за, генератор импульсов, выход которогочерез четвертый ключ соединен с входом счетчика, первый выход блока, управления соединен с управляющим входом первого ключа, второй выход блока управления соединен с управляющим входом второго ключа, третий выход блока управления соединен с. управляющим входом четвертого ключа, отличающееся тем, :что, с целью повышения быстродействия и точности, устройство содержит вто-. рой интегратор, второй компаратор, сумматор, накапливающий сумматор, квадратор, пятый и шестой ключи, а блок управления содержит тактовый генератор, инвертор, два дифференцирующих элемента, два элемента ИЛИ8024346 два 3 -К-триггера, элемент И и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом выходисточника эталонного напряжения через -пятый ключ соединен с входомвторого интегратора, соединенным свыходом третьего ключа, выход второгоинтегратора соединен с первым входом второго компаратора, второй входкоторого соединен с шиной нулевогопотенциала, а выход - с входом первого дифференцирующего элемента блокауправления, являющимся вторым входомблока управления, выход счетчика соединен с вх д м к ратора, выходнератора импульс через шестой ксоединен с входом разрешения суммвания накапливающего сумматора, вход счетчика соединен с информационным входом накапливающего сумматора,выходы квадратора и накапливающегосумматора соединены с соответствующими входами сумматора, управляющиевходы третьего и пятого ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блокауправления, являющийся его четвертымвыходом, соединен с управляющим входом шестого ключа, выход тактовогогенератора, являющийся первым выходом блока управления, соединен с вхдом инвертора и с первыми входамипервого и второго элементов ИЛИ, входвторого дифференцирующего элементаявляется первым входом блока управления, выходы первого и второго дифференцирующих элементов соединеныс вторыми входами первого и второгоэлементов ИЛИ, выход каждого из которых через с оответствуюцрш 3 -К-триггер соединен с входами элемента И и1124346 элемента ИСКПЮЧАЯВЕЕ ИЛИ, выход инвертора является вторым выходом бло 1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь.зовано для получения информации опроизведении двух аналогичных величин, а также в качестве внешнего 5устройства в системах автоматического управления.Известно аналого-цифровое вычислительное устройство, которое позволяет получить произведение двух аналоговых величин с представлением результата в цифровой форме. Получениепроизведения в этом устройстве состоит в том, что один из сомножителейпреобразуется в цифровую форму посред 15ством аналого-цифрового преобразователя, затем этот цифровой эквивалентпервого сомножителя подается навход цифроаналогового преобразователя, с помощью которого производится перемножение на другой сомножительа затем полученная аналоговая величи"на, пропорциональная произведению,преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя Г 13.Однако данное устройство обладаетдовольно низкой точностью, так каканалого-цифровой и цифроаналоговыйпреобразователи имеют свои собствен- З 0ные погрешности преобразования, авсе устройство реализует преобразование аналог-код -аналог-код, т,е, вобщую погрешность умножения будутвносить свой вклад аналого-цифровойпреобразователь - два раза, цифроаналоговый преобразователь - один раз.Наиболее близким к предлагаемомуявляется аналого-цифровое множительное устройство, содержащее ключи,сигнальные входы первого и второгокоторых подключены к входам устройства, а сигнальный вход третьегоключа подключен к выходу источникаэталонного напряжения, выход первого 45ключа подключен к входу интегратора,соединенного выходом с входом компаратора, выход которого подключен кпервому входу блока управления,ка управления, а выход элемента И -третьим выходом блока управления. 2счетчика импульсов, подключенного счетным входом к выходу ключа, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, управляющие входы ключей соединены с выхо. дом блока управления, Множительное устройство работает в два такта. Во втором такте производится измерение второго сомножителя с одновременным умножением в счетчике. В первом такте производится измерение методом двойного интегрирования и результат измерения заносится в .счетчик. Кначалу второго такта код счетчиКа меняется на обратный. Начиная со второго такта, на вход интегратора подается вторая величина и производится про цесс прямого интегрирования. Время прямого интегрирования при этом пропорционально величине первого сомно" жителя и в общем случае меньше времени прямого интегрирования в первом такте, а величина напряжения на ин" теграторе в момент заполнения счетчик ка пропорциональна произведению подаваемых на вход множительного устройства величин, По заполнении счетчика он обнуляется и начинается об" ратное интегрирование, во время которого в счетчике накапливается цифровой эквивалент произведения 21.В данном устройстве в общую погрешность аналого"цифрового умножения аналого-цифровое преобразование вносит погрешность два раза, т.е. данный способ умножения позволяет полу- . чить точность большую, чем в первом описанном устройстве. К недостаткам данного устройства относится низкое быстродействие и точность. Если рассмотреть погрешности аналого-цифрово. го преобразования, возникающие в каждом такте в отдельности, то становится ясным, что погрешность преобразования при прочих равных условиях в первом такте меньше, чем во втором. Так как из всех помех наиболее сущест венный вклад в погрешность измерения вносит составляющая частотой питания(50 Гц), то, как правило, время прямого интегрирования выбирается равным либо кратным периоду промышленной частоты электропитания. Поэтому всякое уменьшение времени прямого интег рирования влечет за собой увеличение погрешности преобразования, что и имеет место во втором такте работы данного устройства, время прямого интегрирования которого прямо прогорционально первому сомножителю.К недостаткам известного устройства относится также то, что выделяется специальный второй такт на измерение второго сомножителя и получе ние произведения, что приводит кч уменьшению быстродействия устроиства и увеличению динамической погрешности измерения.Цель изобретения - повышение быст-, родействия и точности.Указанная цель достигается тем, что аналого-цифровое множительное устройство, содержащее блок управления, первый интегратор, вход которого через первый ключ соединен с первым входом устройства и через второй ключ - с выходом источника эталонного напряжения, а выход - с первым входом первого компаратора, второй30 вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с первым входом блока управления, третий ключ, информационный вход которого соединен с вторым входом устройства, генера,тор импульсов, .выход которого через четвертый ключ соединен с входом счет чика, первый выход блока управления соединен с.управляющим входом первого ключа, второй выход блока управления соединен с управляющим входом второго ключа, третий выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого ключа, содержит второй интегратор, второй компаратор.45 сумматор, накапливающий сумматор, квадратор, пятый и шестой ключи, а блок управления содержит тактовый генератор, инвертор, два дифференцирующих элемента, два элемента ИЛИ, 50 два З-К-триггера, элемент И и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом выход источника эталонного напряжения через пятый ключ соединен с входом второго интегратора, соединенным с 55 выходом третьего ключа, выход второго интегратора соединен с первым входом второго компаратора, второй 46 4вход которого соединен с шиной нуле.вого потенциала, а выход - с входомпервого дифференцирующего элементаблока управления, являющимся вторымвходом блока управления, вход счетчика соединен с входом квадратора,выход генератора импульсов через шестой ключ соединен с входом разрешениясуммирования накапливающего сумматора,выход счетчика соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выходы квадратора и накапливающего сумматора соединены с соответствующими входами сумматора, управляющиевходы третьего и пятого ключей соединены соответственно с первым и вторымвыходами блока управления, а выходэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока чппавления, являющийся его четвертым выходом, соединен с управляющим входомшестого ключа, выход тактового генератора, являющийся первым выходомблока управления, соединен с входоминвертора и с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, вход второго дифференцирующего элемента является первым входом блока управления,выходы первого и второго дифференцирующих элементов соединены с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ, выход каждого из которйхчерез соотвегствукиций 3-К-триггер соединен с входами элемента И и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ.ИЛИ, выход инвертораявляется вторым выходом блока управления, а выход элемента И - третьимвыходом блока управления.На фиг. 1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства; наЬиг.2 - временные диаграммы работы;на фиг.3 - схема блока управления,Устройство содержит ключи 1-4,источники 5 эталонного напряжения,интеграторы 6 и , компараторы 8 и 9,блок управления 10, генератор 11 импульсов, ключи 12 и 13, счетчик 14,квадратор 15, накапливающий сумматор16, сумматоры 1,Блок управления 1 О содержит тактовый генератор 18,Э-К-триггеры 19 и20, элементы ИЛИ 21 и 22, дифференцирующие элементы 23 и 24, элементы И25 и 26, инвертор 2.Устройство работает следующим образом.Перед каждым циклом измерения блоки устройства устанавливаются,в состояние, при котором их выходные сигналы равны нулю, В момент времени 1блок управления 1 О, вырабатывает сигнал, открывающий ключи 1 и 2, тем са мым на входы интеграторов 6 и 7 подаются аналоговые величины х и у, представленные в виде напряжений. 5 Ключи 3 и 4 разомкнуты. Начинается процесс пряжго интегрирования, кото" рый заканчивается через время, кратное периоду сетевой частоты, например, через 20 мс, в момент , Выбор времени прямого интегрирования кратным 20 мс гарантирует помехоустойчивость обоих каналов преобразования от помехи сетевой частоты. В моментразмыкаются ключи 1 и 2 и замыкаются ключи 3 и 4, подключая ко входам интеграторов источник 5 эталонного напряжения, тем самым начинается процесс обратйого интегрирования. Одновременно с этим через ключ 13 начинают проходить импульсы от генератора 11 импульсов на вход счетчика 14 и на вход квадратора 15. В моментнапряжение на выходе интегратора ( или 7),на вход которого при пря мом интегрировании подавался наимень ший из сомножителей, т.е. х, становится равным Р, =О, В это время компаратор этого же канала (8 или 9) . вырабатывает сигнал "Окончание изме- З 0 рения х", который поступает на блок управления 10, В этот момент блок управления 10 запрещает прохождение импульсов через ключ 13 и разрешает прохождение импульсов через ключ 12 и З 5 на вход "Разрешение суммирования" накапливающего сумматора 16. В момент Ф заканчивается возведение к квадРат квадратором 15 и подсчет импульсов счетчиком 14 импульсов40Длительность временного отрезка дФхфФ- пропорциональна величине х. В момент 1 0 =0 и компаратор канала преобразования у вырабатывает сигнал "Окончание измерения у", который подается на соогветствующий вход блока управления. В этот момент блок управления 10 запрещает прохождение импульсов через ключ 12 на вход "Разрешение суммирования" накапливающего 50 сумматора 16, Длительность временного отрезка Юз -1 з -1 пропорциональ на величине у. Временные отрезки йФ и абаззаполняются импульсами. Нри этом число импульсов, укладывающихсяна этих отрезках, пропорционально соответственно х и у-х. Соответственнона выходе квадратора образуется чис"ло, пропорциональное х, а на выходенакапливающего сумматора - число,пропорциональное х(у-х). Таким образом, навыходе сумматора 17 к моменту окончания измерения наибольшей извеличин образуется число, пропорциональное х 2+х(у-х)=ху.Предлагаемое устройство имеетбольшее быстродействие в сравнениис известным за счет параллельного измерения обоих сомножителей и одновременного с этим умножения. В предлагаемом устройстве времена прямого интегрирования постоянны, разны междусобой и кратны частоте питания, чтообеспечивает большую точность в сравении с прототипом за счет повышенияомехоустойчивости.Таким образом, предлагаемое устойство обчадает большей точностьюбыстродействием в сравнении с прототипом,Блок управления работает следующим образом.Тактовый генератор 18 вырабатывает сигнал, отпирающий ключи 1 и 2,длительностью 20 мс, и запирающийсяключи 3 и 4. Передначалом первоготакта Э-К-триггеры 19 и 20 находятся в состоянии "ноль. По окончаниипервого такта сигнал от тактовогогенератора 18 через элемент ИЛИ 21устанавливает триггер 19 в состояние"единица" и через элемент ИЛИ 22устанавливает триггер 20 в состояние"единица", По приходу сигнала "Окончание измерения х", поступающего свыхода компаратора 8 через первуюдифференцирующую цепочку 23 и черезэлемент ИЛИ 2 1, триггер 19 устанавливается в положение "ноль". С приходом сигнала "Окончание измеренияу", поступающего с выхода компаратора 9 через вторую дифференцирующуюцепочку 24 и через элемент ИЛИ 22,триггер 20 устанавливается в положение нольПовышение быстродействия и точности определяет технико-зкономическийэффект,от использования изобретения.1124346 КЮ От Составитель Г.Осипов едактор С.Тимохина Техред МЛуэьма Корректор С,Черни.Филиал 8284/40 Тираж ВНИИПИ Государств по делам иэобр 113035, Москва, Ж