Множительное устройство

союз советсниксоцидлистичеснихРЕСПУБЛИН 9(80(С 06 С 7/161 В 2919694,О, опублик, 1985.идетельство СССРС 06 С 7/161, 1982 ся к области ной техники. ение точЪ рение диапасигнала. ржит напряжения ель 2 периода ьсов и втопряжения в интеграторе ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОткРцтияпРи Гкнт сссР ОПИСАНИЕН АВТОРСНОМУ СВИ(71) Новосибирский электратехничкий институт(57) Изобретение относит автоматики и вычислитель Цель изобретения - повыш ности умножения и расши зона изменения выходного Множительное устройство первый преобразователь 1 в частоту, преобразоват .в код, генератор 3 импул рой преобразователь 8 на частоту, выполненный на 4, пороговом блоке 5, формирователе б импульсов обратной связи и управляемом делителе 7 частоты. Принцип действия устройства основан на преобразовании первого входного напряжения в частоту следования импульсов, формированчи кода, пропорционального периоду следования полученных импульсов, и формирований выходных импульсов, частота следования которых прямо пропорциональна второму входно. му напряжению и обратно нропорциональна коду периода слецования импульсов первой частоты. Повышение точности и расширение динамического диапазона достигаются за счет исклю-чения методической погрешности, связанной с пропусками информации при гиперболическом преобразовании периода синхронизации работы преобразова-телей 1, 2 напряжения в частоту и периода в код, а также введением управления работой второго преобразователя 8 ат преобразователя 2. 1 з,п. ф-лы, 6 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам умножения аналоговых сигналов с представлением результата в виде частоты следования импульсов, и может быть использовано, например, для построения счетчиков электрической энергии постоянного тока, 10Целью изобретения является повышение точности умножения и расширение диапазона изменения выходного сигнала.На фиг. 1 приведена функциональ"ная схема множительного устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг. 3-6 - примеры выполнения входящих в состав множительного устройства Функциональ" 20 ных элементоваМножительное устройство (Фиг, 1) содержит первый преобразователь 1 напряжения в частоту (ПНЧ), преобразователь 2 периода в код (ППК), гене 25 ратор 3 импульсов, интегратор 4, по" роговый блок 5, Формирователь 6 импульсов обратной связи (ФИОС) и управляемый делитель 7 частоты (УДЧ)Интегратор 4, блок 5, ФИОС б и 30 УДЧ 7 образуют второй преобразователь 8 напряжения в частоту, информацион" ным входом которого является неинвер- тирующий вход интегратора 4, а выходом - выход управляемого делителя 35 7, частота Г на выходе которого прямо пропорциональна входному напряжению П и обратно пропорциональна величине, код которой поступает на управляющий вход делителя 7.ПНЧ 1 (фиг. 3) Формирует последовательность импульсов, частота которых8 1 П 1 эгде Я - коэффициент преобразованияПНЧ 1;П, - напряжение на входе ПНЧ 1..ПНЧ 1 может быть выполнен, например, по схеме интегратора с импульс 1 ной обратной связью, работающего в тактируемом режиме,и содержатьинтег" ратор 9, компаратор 10 напряжения, триггер 11, переключатель 12, счетчик 13 и элемент И 14 (фиг. 3).Напряжение Г интегрируется до достижения напряжением на выходе интегратора 9 уровня Е . По,фронту1 О,Т, Е шТ,(2) где Е, ш, Т, - вольт-секунднаяплощадь импульса обратной связи пря.моугольной формы.Период Т, следования импульсов на выходе ПНЧ 1 кодируется.преобразо. вателем 2, который может быть выполнен, например, по схеме, реализующей счетно-импульсный период измерения временных интервалов (Фиг.4), содержащей счетчик 15 импульсов, регистр 16, формирователь 17 импульсов установкисчетчика 15 в нулевое состояние, а также триггеры 18 и 19. Формирователь 17 выполнен на элементах НЕ и ИЛИ и КС-цепочке.Тактовые импульсы с первого выхо да генератора 3 подсчитываются счетчиком 15. По фронту импульса с выхода ПНЧ 1 код числа, записанного в счетчике 15, заносится в регистр 16,тактового импульса, первого после срабатывания компаратора 10 напряжения, триггер 11 переключается в единичное состояние и на инверсный вход интегратора 9 через переключатель 12 поступает опорное напряжение Е которое интегрируется совместно с входным напряжением в течение времени= ш, Т где Т - период следования тактовых импульсов на первом выходе генератора 3 импульсов, ш - емкость счетчика 13, определяющая длительность импульса обратной связи ПНЧ 1. В течение импульса обратной связи прохождение тактовых импульсовна С-вход триггера 11 зап-, ,рещается сигналом с его инверсного выхода. Возвращение триггера 11 в нулевое состояние осуществляется по установочному входу сигналом с выхо,да счетчика 13. По окончании импульса обратной связи вновь интегрируется входное напряжение до достижения напряжением на выходе интегратора 9 уровня Е .Из условия равенства приращений напряжения на выходе интегратора 9 при интегрировании напряжения П, в течение п, периодов Т, тактовой частоты и интегрировании разности (Е,- - П,) в течение импульса обратной связи получаем функцию преобразования ПНЧ 1 (фиг, 3) в виде3 14569 после чего импульсом с выхода формирователя 17 счетчик 15 устанавливается в нулевое состояние. Выходы регистра 16 являются кодовыми выхо 1 дами преобразователя 2.5При уменьшении напряжения О, период Т увеличивается. Когда емкость счетчика 15 становится недостаточной для достоверного преобразования вход ного периода в код, триггеры 18 и 19 сигналом с выхода "Перенос" счетчика 15 устанавливаются в состояние"Лог. 1". На выходе триггера 18 сигнал "Лог. 1" сохраняется до окончания преобразуемого периода, а на выходе триггера 19, являющемся выходом "Переполнение" ППК 2, - до получения первого достоверного результата преобразования. 20Синхронно тактируемый режим работы ПНЧ 1 и ППК 2 позволяет исключить погрешность преобразования временного интервала в код, поскольку каждый из периодов Т, содержит целое число 25 периодов Т, генератора 3 импульсовТ = (ш + и) То 1 Н 1 То 1Интегратор 4 (фиг. 1) интегрирует З 0напряжение Б, поступающее на егопрямой (неинвертирующий) вход,либо разность .напряжений Й - Е ),где Е - напряжение на первом выходе ФЙОС 6, поступающее на инвертирующий вход интегратора 4. Напряжение на выходе интегратора 4 изменяется в пределах, ограниченных величинами. пороговых напряжений Е, иЕ (фиг. 2 а).40Интегратор 4 может быть построенаналогично -интегратору 9, а пороговый блок 5 - в виде двух компараторов 20 и 21 напряжения. Выходы компараторов 20 и 21 являются соответственно первым и вторым выходамипорогового блока 5. Сигнал "Лог. 1"на первом выходе блока 5 формируетсяпри превышении напряжением на выходе интегратора 4 уровня Е а навтором - при уменьшении ниже уровняЕ,(фиг. 2 б, в).Формирователь 6 импульсовобратной связи, тактируемый импульсамис второго выхода генератора 3 с частотой Яо , вырабатывает импульсыФобратной связи прямоугольной формы,длительность которых в каждом изчастных циклов интегрирования опреде. 724ляется сигналами с выходов блока 5 и управляемого делителя 7 и составляет целое число щ 2 периодов Т, тактовой частоты: Г= шТ, На втором выходе ФИОС 6 импульсы имеют амплитуду Е, , а на первом - уровень "Лог, 1" (фиг. 2 г, д).ФИОС 6 может быть выполнен, например, по схеме фиг. 5, содержащей триггеры 22 и 23, элемент 24 запрета, переключатель 25 и шину опорного напряжения ЕНачало каждого из импульсов обратной связи.,совпадает с фронтом тактового импульса, первого после превышения напряжением на выходе интегратора 4 уровня Е , и появления сигнала Лог. 1" на первом выходе порогового блока 5, по которому триггер 22 устанавливается в состояние "Лог. 1" и опорное напряжение Екоммутируется переключателем 25(.на второй выход ФИОС б, а элемент 24 запрещает прохождение тактовых импульсов на тактовый вход триггера 22. Импульс обратной связи заканчивается в момент установления триггера 22 в нулевое состояние сигналом с выхода триггера 23, который устанавливается в состояние "Лог. 1" по Ьоонту тактового импульса, первого после уменьшения напряжения на выходе интегратора 4 ниже уровня Еи появления сигнала "Лог. Г на втором выходе порогового блока 5, либо сигналом с выхода делителя 7 частоты, поступающим на установочный вход триггера 23.Управляемый делитель 7 частоты вырабатывает один счетный импульс при выполнении условия к02С Н (4)+ , сжейие (5 ЕоЕгЕа, Ей ш,(6) Е 1 мин (П) 0Еомин( 1.Е 21Ф 1 Счетчик 26 подсчитывает тактовые импульсы с частотой Ео при наличии на его управляющем входе "Разрешение" сигнала "Лог. 1" по спаду импульса на выходе АВ ССК 27, формирующемуся как при выполнении условия (4),так и при его пропуске (в случае скачкообразного изменения напряжения П, и соответствующего 10 ему изменения значения кода И, что позволяет исключить сбой в работе множительного устройства) на выходе инвертора 28 вырабатывается импульс, устанавливающий счетчик 26 в нулевое 15 состояние. Такой же импульс Формиру". ется на выходе элемента 29, первый вход которого вместе с входом инвертора, 28 подключен к выходу АВ ССК 27, а второй служит входом бло кировки управляемого делителячастоты. При появлении сигнала "Переполнение" на выходе ППК 2 счетные импульсы на выходе делителя 7 частоты не формируются. 25Управляемый делитель 7 частоты может быть выполнен по упрощенной схеме на основе вычитающего счетчика 30 с предварительной установкой кода, выход "Заем" которого соединен ЗО с входом одновибратора 31 (Фиг. бб), выполненного на триггере 32 и элементе ИЛИ-НЕ 33.Триггер 32 устанавливается в единичное состояние импульсом с выхода 35 "Заем" счетчика 30, а в нулевое - пок фронту управляющего импульса "Разрешение" с первого выхода формирователя, 6 при отсутствии сигнала "Лог. 1" на Р-входе триггера 32, являющемся вхо дом блокировки делителя 7. По Фронту импульса на прямом выходе триггера 32 логический элемент ИЛИ-НЕ .33 Формирует счетный импульс, длительность которого определяется величинами 45 сопротивления резистора и емкости конденсатора одновибратора 31, Импульсы на выходах триггера 32 фронтом (спадом) совпадают с окончанием периода Т (фиг. 2 а).50 Генератор 3 Формирует две последовательности тактовых импульсов, причем фронты импульсов на первом и втором выходах не совпадают по времени. Алгебраическая сумма приращений напряжения на выходе интегратора 4 за период Т (фиг. 2 а) равна нулю постоянная времени интегратора,суммарное за период Т время интегрирования напряжения Б,суммарное за период Т время интегрирования разностинапряжений (Б - Е ) (суммарная длительность импульсов обратной связи эа периодТ). и условий (2) и (3) выра) преобраэуется к виду Таким образом, частота следованияимпульсов на выходе устройства пропорциональна произведению напряженийна первом и втором входах устройства,Рассмотренное множительное устройство обеспечивает умножение беэметодической погрешности за счетпропусков информации напряжений 0ш, + Ш 16 Еот + 2 и о 12 р 1 с ПШ 1с Е 1, где г - число двоичныхш+ 1 Рразрядов кодов ППК 2 и делителя 7,которое может быть выбрано скольугодно большим для обеспечения необП 1 максходимого отношения Ы -01 мрн2 - 1Ш 1 + 1 Экак, например уае приг = 12 иш 1.= 2 = 32 3=124,что является достаточным для большинства практических случаевМаксимальное значение частоты навыходе множительного устройстваЕОЕ2 мокспри П= П,иП максМинимальное значение частоты навыходе множительного устройства составляетмножительное устройство, содержащее первый и второй преобразователи напряжения в частоту, информационные входы которого являются соответственно входами задания первого и второго сомножителей устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности умножения в расширенном диапазоне изменения сигналов сомножителей, в него введены дополнительно генератор импульсов и 25 преобразователь периода в код, а второй преобразователь напряжения в частоту содержит интегратор, пороговый блок, формирователь импульсов обратной связи и управляемый делитель ЭО частоты, при этом первый преобразователь напряжения в частоту соединен тактовым входом с первым выходом генератора импульсов, а выходом - с информационным входом преобразователя периода в код, подключенного тактовым входом к первому выходу генератора импульсов, и информационныи выходом и выходом переполнения - к управляющему входу и входу блокировки 4 О выходных импульсов управляемого делителя частоты соответственно, выход которого является выходом устройства и соединен с входом приведения в исходное состояние формирователя 45 импульсов обратной связи, подключен 7 145 б 9Возможность задания с высокой точностью значений ЕЕ и Г. а также независимость результата умножения от параметров резисторов икон 5 денсаторов, входящих в состав интеграторов 4 и 9, обеспечивает возможность достижения высокой точности, температурной и долговременной стабильности множительного устройства.Формула изобретения 728ного стробирующим входом к второму выходу генератора импульсов и счетному входу управляемого делителя частоты, первым и вторым информационными входами - к первому и второму выходам порогового блока, первым выходом - к входу разрешения счета управляемого делителя частоты, а вторым выходом - к инвертирующему входу интегратора, выход которого соединен с информационным входом порогового блока, а неиявертирующий вход интегратора является информационным входом второго преобразователя напряжения в частоту.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов обратнбй связи содержит элемент запрета, два триггера и переключатель, причем элемент запрета подключен выходом к тактовому входу первого триггера, входом запрета - к стробирующему входу формиррва-. теля импульсов обратной связи и тактовому входу второго триггера, а сигнальным входом - к выходу первого триггера, первому выходу формирователя импульсов обратной связи и управляющему входу переключателя, сигнальные входы которого соединены с шиной ввода опорного напряжения и шиной нулевого потенциала устройства, а выход - с вторым выходом формирователя импульсов обратной связи, при этом первый триггер подключен информационным входом к первому информационному входу формирователя импульсов обратной связи, а входом обнуления - к выходу второго триггера, информационный вход и вход установки в единичное состояние которого соединены с .вторым информационным входом и входом приведения в исходное состояние формирователя импульсов обратной связи соответственно.1456972 Составитель С.КазиновТехред М.Ходанич КорректоР Н.Гуньк едактор С.Пекар Заказ 7490/48 Тираж 667 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д, 4/5 Произво енно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,