Устройство для функционального преобразования

(22) Заявлено 10,01,78 (21) 2570146/18-24с присоелинением заявки РЙив дедам иэобретеиий и открытий( 088.8) Дата опубликования описания 18.05.80 В, М. Калатинец, А. В. Кобылинский, Л. Б. Лашун,А, Г. Олейников, Л, П. Пасеков, Н. Г. Сабадаш и Л. А. Шевченко( 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГОПРЕОБРАЗОВАНИЯ 3Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может бытьприменено в устройствах сопряжения ЦВМс реальными объектами управления, а также в различных устройствах информационно-измерительной техники,5Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий решающее устройство, построенное по методу цифра за цифрой", два множительных цифроаналоговых10преобразователя и интегрируюп;ее устройство 11 ,Недостатками такого преобразователяявляются малые функциональные возможности (преобразуются только синус 15косинусные входные сигналы), недостаточная точность и быстродействие. Наиболее близким по технической сущности является преобразователь, содержа-. Э 5 ший решающее устройство типа согЖс, обеспечиваюшее выдвчу сигналов, пропорциональных синусу и косинусу угла, два множительных цифроаналоговых пре 2образователя и схему сравнения напряжений одного знака 21Недостаток преобразователя - преобразование только входных аналоговых сигналов, пропорциональных синусу и косинусу преобразуемого угла из-юа чего функциональные возможности такого преобразователя небольшие. В случае преобразования напряжений с сельсиндатчиков, широко; применяемых промышленности, необходима дополнительная трансформаторная схема Скотта, преобразующая сельсинные сигналы в синусный. и косинусный вид, Трансформаторная схема Скотта не поддается микроминиатюризации, кроме того, такое предварительное аналого-цифровое преобразование сигналов приводит к потере точности.В этом аналого-цифровом преобразователе используются четырехквадрантные цифроаналоговые преобразователи (вход ные напряжения подаются через инверторы, используется только одна схема сравнения напряжений), что усложняет схему преоб7347 3разователя, приводит к уменьшениюбыстродействия, так как для определениядвух старших разрядов кода преобразуемого угла (номера квадранта, в которомнаходится преобразуемый угол) необходимы две дополнительные итерации, ипотере точности, так как четырехквадрантный цифроаналоговый преобразовательпри работе в пределах двух квадрантов обеспечивает разрядность на единицу больше, 1 Очем при работе в четырехквадрантномрежиме (один разряд используется вкачестве знакового).Применение в схеме преобразователятолько одной схемы сравнения напряжений приводит к дополнительным аппаратным затратам - появлению двух инверторов. Это приводит к потере точности ибыстродействия,Цель изобретения - повышение точности и быстродействия аналого-цифровогопреобразователя,Цель достигается тем,. что в устройство для функционального преобразования,25 содержащее решающий блок, первый и втс- рой входы которого подключены ко входам устройства, два цифроаналоговых преобразователя, первые входы которых соединены с информационными входами устройства, группа выходов решающего блока подключена к информационному выходу устройства и ко вторым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, выходы которых соедине 35 ны соответственно с первым и вторь,м входами первой схемы сравнения, введ ны узел определения знака шага и вторая схема сравнения, причем первый и второй входы второй схемь сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго цифроаналоговых прообразователей, выходы схем сравнения подключены соответственно к первому и второму входам узла определениянака, первый и второй выходы которого подключены соответственно .к третьим входам первого и второго цифроаналогов х реобразователей, группа выходов решающего блока соединена с третьим входом узла определения знака, четвертый и пятый выходы которого подключены ко входам устройства, узел определения знака соединен двухсторонними связямис решающим блоком, а также тем, что решающий,блок содержит регистр результата, выход которого соединен с первыми входами регистров группы и подключен к группе выходов блока, первый, второй,12 4третий и четвертый выходы узла управления подключены соответственно с первььми входами регистра результата, сумматора, регистра сдвига и узла памяти,выход которого соединен со вторыми входами регистра сдвига и регистров группы,пятый, шестой,седьмой и восьмой выходы узла управления соединены соответственно со входом счетчика, с первымвходом регистра числа, с третьими входами регистров группы и с первым входом.регистра слова, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выходы регистров группы соединены со вторыми .ходами регистра слова и регистрачисга, выход которого соединен с первымвходом узла сдвига, выход которого подключен к третьему входу регистра сдвигаи к третьему входу регистра слова, выход регистра сдвига соединен с третьимвходом сумматора, выход которого подключен к. второму входу регистра результата,выход счетчика соединен со вторым входом узла сдвига, первый второй и третийвходы узла управления соединены с первым входом блока, четвертые входы регистров группы подключены ко второмувходу блока,На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 - блок-схема решающегоблока. Устройство содержит два множительных цифроаналоговых преобразователя(ЦАГ)1, 2, схемы 3, 4 сравнения, узел 5 определения знака шага и реп.ающий блок 6,содержащий регистр результата 7, сумматор 8, регистры слова 9, сдвига 10и числа 11, узел 12 сдвига, группа регистров 13, узел 14 памяти, счетчик15 и блок 16 управления. Устройство работает следующим образом.Рассмотрим работу на примере преобразования сигналов с синус-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) в код угла, код синуса и косинуса этого угла. При этом на аналоговый вход ЦАП 1 поступает сигнал О с косинусной обмотки СКИТ, а на аналоговый анод ЦАП 2 - сигнал О с синусной обмотки СКВТ. Начало отсчета времени (начало преобразования ) определяется после перехода полуволны опорного напряжения через нуль по сигналу 7 информации о полуволне опорного напряжения как момент перехода через нуль напряжений О,О, например,по изменению состояний выходных сигналов схем сравнения+Р сО 5% =сОь 1; 2 бт ч %=Ь .,агедг ,40 где г - число итераций; ч, - цифровой код преобразуемого угла на-ой итерации,- ог,ератор, принимающий значения + 1 (знак шага итерации), причем, =5 дг 05 юч; - Осо%;в первом и третьем квадрантах;=доОсощ,+и,втЧДво втором и в четвертомквадрантах, аМ = 1 гсд -ОаОлгдег - прсобразуемыйугол,50 5 7347Э ипи 4, который и будет началом отсчета времени.Преобразование ведется в два этапа:сначала определяется квадрант, в котором находится преобразуемый угол, т.е.логически определяются два старших разряда кода угла и дальнейшее преобразование идет в пределах одного квадранта,Для определения кода квадранта повходному управляющему сигналу на цифровой вход ЦЛП 1 поступает код услов-ной единицы (1110), а на цифровойвход ЦЛП 2 - код нуля и с помощью схемысравнения напряжений разного знака определяется полярность первого сигнала,а затем, меняя кодь, - полярность второго сигнала. Узел 5 определения знакашага корректирует (инвертирует на отрицательной попуволне) соответствующиеподаваемьм парам кодов выходные значения схемы сравнения напряжений в зависимости от входного сигнала полярности (полуволны) опорного напряжения ивыдает откорректированные значения навход блоков 6, где по управляющемусигналу происходит определение кодаквадранта ,двух старших разрядов кодапреобразуемого угла),Определение кодов синуса, косинуса ипоследующих разрядов кода преобразуемо 30го угла производится в блоках 6 итерационным способом цифра за цифрой,где необходимое количество разрядовкодов определяет число итераций, напримерв соответствии с формулами 12 6Процесс определения кода поеобразуг:- мого угла, кодов синуса и косинуса этого угла сводится к решению итерационным путем уравнениясйвч М ч;-йп %сог;=0 ь г ч - ж 1: Оего решением будет Ч=чНеобходимые значения оператора ; тгоступают на блок 6 с выхода узла 5 и определяются на основе анализа сигналов схем 3 и 4 сравнения, сигнала полярности (попувопны) опорного напряжения, сигнала переполнения с выходных шин. данных блоков и кода квадранта с выхода блока 6. Для форм 1 грования выражений ; необходимо на соответствующие цифровые входы ЦЛП 1 и ЦЛП 2 подавать с вьгхода блока 6 коды ьгУ и соэч в 1-ом и 111-ем кве.дрантах и коды со,Ч и Йгг, в 1-ом и 1 У-ом квадрантах.Управление приемом кодов Ыг.Ф и соьЯ; подаваемх на ЦЛП 1 и ЦЛП 2, осуществляет в зависимости от кода квадранта узел 5 определения знака шага на основа нии сигналов с выхода блока 6 о готовности этих кодов. Кроме того, так как в 1-ом и 1 И-ем квадрантах преобразуемые напряжения синфазныа во П-см и в 1 У-ом квадрантах противофазны, то при определении значений операторав узле 5 определения знака шага предусмотрено переключение рабочих схем сравнения напряжений.Возникают случаи, когда на-ом шаге цифровой код угла ФО дляО 1 М4"2356" и Ф,) 90 для 85 364"Ч90, При этом коды 5 а; для первого случая и со Ч, дпя второго случая принимают значения меньше нуля, Так как используОтся двухкяа дратн е ЦЛП, то выходной сигнал схемы сравнения напряжений, определяющий операторв этот момент может быть ложным. Во избежание этого предусмотрена принудительная установка необходимого значения оператора , в зависимости от двух разрядов кода: знакового и переполнения, поступающих с выходных шин данных блока 6 и сопровождаюшего их сигнала готовности кода угла с выхода блока 6.Формирование кода преобразуемого угла с учетом двух старших разрядов, полученных на первом этапе преобразования осуществляет блок 6 по входному управляюему сигналу.В другом варианге работы ЦЛП прн преобразовании сигналов с сепьсина на-ЮЧ( - 9; - са%а 1 Г- (СОЦ Ь 1 О 91-ь 1 О 4 СОЬЦ, = О,Л- Ыо(Ф, - Ч:0 35 1 и его решением будет Ч: КОднако в 1-ом и Ш-ем квадранте винтервале 60 с М; 4 90 код -1/2 ьг Ф, +Я40+ - соя л поступающий на цифровойвход ЦЛП 2, отрипателен и так как используются двухквадрантные ЦЛП, работающие только с положительными кодами,то необходимо переключать рабоч; пуль-органы при определении значения оператора 1, Эта функция возложена на узел5 ойределения знака шага, па вход которой с выходных шин данных РУ 6 поступают два разряда кода- бв 4,со 9а один из которыХ соответствует знаковому разряду, с сопровождающим их сигналом готовности этого кода с выходаблока 6,Предлагаемый ЦЛП позволяет производить линейное преобразование постоянного или переменного напряжения в про 1 порпиональный ему код. Прп этом на аналоговые входы ЦЛП 1 и ЦЛП 2 подают 7 7347 аналоговый вход ЦЛП 1 подается сель синный сигнал, пропорпиональныйбю(Ц+420 ) -- эо Ч+ - соул, ЧУа на аналоговый вход ЦАП 2 - сигнал, пропорциональный ФМ . Для определения кода квадранта с РУ 6 на цифровые входы ЦАП 1 и ЦАП 2 соответственно подаются пары кодов: сначала код условной единицы (11 . 10) и 1/2 (01 . 11), а затем код нуля и код условной единиПы. 1 ООпределение кода квадранта произво 1 ится аналогичнО преобразованию сигналов с СКИТ. Для определения последуюших разрядов кода преобразуемого угла по командам с узла определения знака 15 шага 5 на входы ЦЛП 1 и ЦАП 2 подаются соответственно пары кодов:51 пЧ-- вщ ц + - соэч1 2в первом и третьем квадрантахсо 8 Ф- со%- ыо Ф,л Гз 201 Я2.во втором и четвертом квадрантах.При этом преобразование сигналов с сельсина сводится к преобразованию сиг налов вида СКВТ. Например для 1-го квадранта преобразование сводится к ре шению уравнения ся соответственно преобразуемое и опорное напряжения. Преобразование ведется в два этапа; сначала определяется знак преобразуемого напряжения с помощью одной из схем сравнения, например, 3, Для этого с блока 6 на цифровой вход ЦАП 1 подается код условной единицы, например, 11110, а на цифровой вход ЦАП 2 - код нуля. Узел 5 определения знака шага корректирует выходное значение схемы 3 сравнения в зависимости от сигнала полуволны опорного напряжения поступающего нв вход устройства, и выдает его с выхода на блок 6. По управляющему входному сигналу в блоке. 6 происходит определение кода знака преобразуемого напряжения. На втором этапе по сигналу на цифровой вход ЦАП 2 поступает код, пропорциональный преобразуемому напряжению на 1 -ой итерации с выхода блока 6. Блок 6 определяет этот код в соответствии с формулойх=Х, - ,. -1где Х , - цифровой код, соответствующий преобразуемому напряжению на 1 -ой итерации. Определение значений операторапроизводится узлом 5 определении1знака шага, причем= РПОМ-О, Х.,1где М - масштабный коэффициент.При определении значений оператораузел 5 определения знака шага производит выбор рабочей схемы сравнр йия напряжений в зависимости от знаков опорного и преобразуемого напряжений.Предлагаемое устройство может также работать в режиме цифроаналогового пре-, образования, Для этого предусмотрена подача кода угла с ЦВМ на вход блока 6, где происходит вычисление значений кодов синуса и косинуса этого угла с последующим преобразованием их в аналоговую форму с помощью ЦАП 1 и ЦАП 2 и дополнительных согласующих выходных усилителей мощности с коэффициентом усиления, например, + 1, управляемым знаковым разрядом соответствующих кодовв.Лналого-цифровой преобразователь содержит решающее устройство, построенное наоснове алгоритма, приведенного вьппе который сводится к элементарным сложениям и сдвигам. Операции элементарных сложений выполняются сумматором 8 параллельного действия, а элемеи тарных сдвигов - узлом 12 сдвига, причем количество сдвигов возрастает ня один при переходе от итерации и к ит7347 10 Формула изобретения первый и второй входы которого подключены ко входам устройства, два цифроаналоговых преобразователя, первые входыкоторых соединены с информационнымивходами устройства, группа выходов решающего блока подключена к информационному выходу устройства и ко вторым с целью повышения точности и быстродействия, в устройство введены узел определения знака шага и вторая схема сравнения, причем первый и второй входывторой схемы сравнения соединены соответственно с выходами первого и второгоцифроаналоговых преобразователей, выховенно к первому и второму входам узлаопределения знака, первый и второй выходы которого подключены соответственно 50 четвертый и пятый выходы которого подключены ко входам устройства, узел опними связями с решаюшим блоком.2, Устройство по п. 1, о т л и ч а - ю ш е е с я тем, что решакнний б",ок содержит регистр результата, выход коС) 12рации и фиксируется счетчиком 15, Гс- вого преобразователя используемое регистр 7 результата служит для выдачи шаююее устройство производи:. выработкурезультатов вычислений на внешние вы- не только кодов синуса и косинуса, нояходные шины данных, регистры 9, 10, и в других кодов, например, кодов-рюЧ,+11, 13 - для хранения промежуточных 5- соя У; и - сояч - в %; приЮрезультатовузел 14 памяти служит для сельсинном преобр,.зояании, позволяюшиххранения начальных значений синуса и производить преобразование сигналов,косинуса угла и констант угла, необхо- представлявших собой сложные функциодимых для каждой итерации, констант нальные зависчмости, Введение допол 1/2, "0 и условной единицы, необходи нительной схемы сравнениянапряжениймых при определении кода квадранта. разного знака пОзволило исключить дваБлок 16 управления производит опре.- входных инвертора и расширить функциоделение кода квадранта на основании по- нальные возможности при линейном преступающих на его вход информации о образовании, так как при этом использнаке преобразуемых напряжений и вход зуется опорное напряжение одного знака,ного управляюшего сигнала, управление этой же цели служит возможность масобменом информации на основании посту- штабирования при линейном преобразовапающего на его вход управляюшего сиг- нии.нала и знака шага итерации, выдает сигналы готовности кодов.20Введение узла определения знака шага, которое позволило организовать логическое определение двух старших раз- Устройство для функционального преобрядов кода угла (квадранта), повышает. разования, содержащее решающий блок,быстродействие преобразователя в сравнении с определением этих разрядов итерационным путем, кроме того, параллельная организация работы повышает быстродействие, Работа преобразователя на обоих полуволнах опорного напряжения позволяет увеличить количество каналов, иесли при заданной частоте сети перемен. входам первого и второго цифроаналогоного напряжения быстродействие элемен- вых преобразователей, выходы которыхтов недостаточно, тр дает возможность соединены соответственно с первым ипрервать процесс преобразования и затем 55 вторым входами первой схемы сравнения,продолжить его на другой полуволне, т,е. о т л и ч а ю ш е е с я тем, что,повышает производительность БАП,В предлагаемом устройстве применены двухквадрантные множительные цифро 40аналоговые преобразователи, рассчитанные на входное аналоговое напряжениедвух полярностей и входной код одногознака. Такие цифроаналоговые преобразователи значительно проще четырехквад- ды схем сравнения подключены соответст 45рантных, кроме того, четырехквадрантный цифроаналоговь;й преобразовательпри работе в пределах двух квадрантовобеспечивает разрядность на единицу к третьим входам первого и второго цифбольше, чем при работе. в четырехквад- роанвлоговых преобразователей, группарантном режиме (так как один разряд выходов решающего блока соединена сиспользуется в качестве знакового), третьим входом узла определения знака,следовательно, использоваие двухквадрантного цифроаналогового преобразователядает выигрыш в точности и позволяет55ределения знака соединен двухсторонполучить на один разряд больше в выходных кодах ГГАГ 1,Для расширения функциональных воэможностей предлагаемого аналого-цифро11 7 торого соединен с первыми входами ре- гистров группы и подключен к группе выходов блока, первый, второй, третий и четвертый выходы узла управления подключены соответственно с первыми входами регистра результата, сумматора, регистра сдвига и узла памяти, выход которого соединен со вторыми входами регистра сдвига и регистров группы, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы узла управления соединены соответственно со входом счетчика, с первым входом регистра числа, с третьими входами регистров группы и с первым входом регистра слова, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выходы регистров группы соединены со вторыми входами регистра слова и регистра числа, выход которого соединен с первым вхо 34712 12дом узла сдвиге, выход которого подключен ко второму входу регистра сдвига ик третьему входу регистра слова, выходрегистра сдвига соединен с третьим входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу регистра результата,выход счетчика соединен со вторым входом узла сдвига, первый, второй и третий вХоды узла управления соединены с 1 о первым входом блока, четвертые входырегистров группы подключены ко второмувходу блока. Источники информации,15принятые во внимание при экспертизе1, Патент США3896299,кл. 340-347, 1974.2, Патент США3868680,кл. 340-370, 1974, (прототип).иал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ТираГосударств по делам и осква, Ж 751 Подписно ного комитета СССР зобретеиий и открытий 5, Раушская набд. 4