Аналого-цифровое делительное устройство

ОПИСАНИЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ои 886017(23) Приоритет -О 06 ,1 3/00 Вауйарвтюнмй квиатвт СЕСЕ аю данаи нзвбрвтвннй а аткрцтнаДата опубликования описания 30.11.81(72) Авторы изобретени А.С.Вершинин и Г.В.Вершинина 1) Заявите литехнически овополоцк 54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ ДЕ НОЕ УСТРОЙСТ Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть использовано в различных комбинированных вычислительных комплексах, где требуется выполнение операции деления аналоговых величин с получением результата в цифровом вИзвестны аналого-цифровые делит ные устройства, построенные на осн аналого-цифровых преобразователей (АЦП 1 с преобразователем код-напряжение ; ПКН в цепи обратной связи 11Недостатки известных устройств состоят в низкой точности деления и сравнительно небольшом динамическом диапазоне входных сигналов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому явлйется аналого-цифровое делительное устройство, представляющее собой вычислительный аналого-цифровой преобразователь АЦП с преобразователем код-напряжение ПКН в цепи обратной связи, в котором операция деления осуществнде. ель- ове ляется подачей напряжений, соответст"вующих делимому, на вход схемы сравнения и напряжений, соответствующихделителю, на аналоговый вход преоб,разователя код-напряжение 21.Недостаток такого устройства заключается в сравнительно небольшомдинамическом диапазоне входных сигналов, соответственно, делимого иделителя. Операция деления невозможна совсем, если напряжение делимогобольше напряжения делителя. Крометого, при малых значениях напряженияделимого относительно напряжения делителя устройство обладает большой погрешностью.Цель изобретения - повышение точ.ности деления и расширение динамического диапазона входных сигналов 20аналого-цифрового делительного устройства.Поставленная цель достигается тем,что в аналого-цифровое делительноеустройство, содержащее компаратор,преобразователь кода в напряжение,выход которого подключен к первомувходу компаратора, счетчик импульсов,выходы которого подключены к управляющим входам преобразователя. кодав напряжение и. являются первым выходом устройства, ключ, триггер управления и генератор импульсов, выходкоторого подключен к информационномувходу ключа, управляющий вход ключаподключен к выходу триггера управления, выход ключа подключен ко входу счетчика, первый вход триггера управления подключен к выходу компаратора, введены масштабный блок делимого, информационный вход которого является входом делимого устройства, масштабный блок делителя, информационный вход которого являетсявходом делителя устройства, источник опорного напряжения и блок управления, первый и второй входы которого подключены к выходам масштабных блоков делимого и делителя соответственно, третий вход блока управления подключен к выходу генератора импульсов, четвертый вход подключен к выходу источника опорного напряжения, первый и второй выходы блока управления подключены к управлянаим входам масштабных блоков делимого и делителя соответственно, третий выход блокауправления подключен ко второму входу триггера управления, четвертый выход блока управления является вторым выходом устройства.Кроме того, блок управления содержит .четыре компаратора, два операционных усилителя, пять элементов И, четыре инвертора, два реверсивных счетчика, два дешифратора и один шифратор, первые входы первого и второго компараторов объединены и являются первым входом блока управления, второй вход первого компаратора, вход первого операционного усилителя и первые входы третьего и четвертого компараторов объединены и являются вторым входом блока управления, первые входы всех ключей объединены и являются третьим входом блока управления, второй вход третьего компаратора и вход второго операционного усилителя объединены и являются четвертым входом блока управления, выходы первого и второго операционных усилителей подключены ко вторым входам второго и четвертого компараторов соответственно, выход первого компаратора подключен к первому входупервого элемента И, ко входу перво/го инвертора и к первому входу пятого элемента И, выход второго компа-ратора подключен ко второму входупервого элемента И и ко входу второго инвертора, выход третьего компаратора подключен к первому входувторого элемента И, ко входу третьеа го инвертора и ко второму входу пятого элемента И, выход четвертогокомпаратора подключен ко второмувходу второго элемента И и ко входучетвертого инвертора, выход первого 5ф инвертора подключен к первому входутретьего элемента И, выход второгоинвертора подключен ко второму входутретьего элемента И и к третьемувходу пятого .элемента И, выход третьЗф его инвертора подключен к первомувходу четвертого элемента И, выходчетвертого инвертора подключен ковторому входу четвертого элемента Ии к четвертому входу пятого элемен та И, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И подключены соответственно ко вторым входампервого, второго, третьего и четвертого ключей, выходы первого и второЗр го ключей подключены соответственно к первому и второму входампервого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого ключейподключены соответственно к первому и второму входам второго реверсивного счетчика, группа выходов первого реверсивного счетчика подключенако входам первого дешифратора и кпервой группе входов шифратора, груп па выходов второго реверсивногосчетчика подключена ко входам второгодешифратора и ко второй группе входовшифратора, выходы первого дешифратораявляются первым выходом блока управения, выходы второго дешифратораявляются вторым выходом блока управления, выход пятого элемента И является третьим выходом блока управлениявыхФыходы шифратора являются четвертымвыходом блока управления.На фиг. приведена блок-схема аналого-цифрового делительного устройства, на фиг 2 - структурная схема масштабного блока, на фиг.З - структурная схема блока управления.35 А налого-цифровое делительное устройство содержит преобразователькода в напряжение, счетчик 2 импульсов, ключ 3, генератор 4 импульсов,компаратор 5, триггер 6 управления,масштабный блок 7 делимого, блок 8управления, масштабный блок 9 делителя и источник 10 опорного напряженияМасштабный блок содержит масштабный операционный усилитель 11, постоянные резисторы 12, переменные резисторы 13 и коммутатор 14 аналоговыхсигналов. Масштабирование осуществляется путем переключения входногонапряжения ОВ посредством коммутатора к соответствующему входу масштабного операционного усилителя.Блок управления содержит компараторы 15"1 8, операционные усилители1 9 и 20, осуществляющие деление пополам напряжений КОл и ООп 1элементы И 21-25, ключи 26-29, инверторы 1 элементье НЕ) 30-33, реверсивные счетчики 34 и 35, дешифраторы36 и 37, управляющие коммутаторамимасштабных блоков, и.шифратор 38,выделяющий код порядка частного отделения двух напряжений.Напряжение делимого через масштабный блок 7 делимого поступает на первый вход компаратора 5 и первый входблока 8 управления. Напряжение делителя, в свою очередь, через масштабный блок 9 делителя поступает нааналоговый вход преобразователя 1 кода в напряженна и на второй вход блока 8 управления, первый и второй выходы которого соединенье с управлянзцими входами масштабных блоков 7 дели"мого и 9 делителя соответственно.Выход ецееобразователя 1 кода в напряжение соединен со вторым входом компаратора 5. В исходном состоянии триггер 6 управления закрывает ключ 3, иимпульсы генератора 4 не проходят навход счетчика 2 импульсов,Устройство работает следующим образом.На вход блока 8 управления подается некоторое опорное напряжение 001,от источника О, выбираемое как максимально возможное для выбранных схемпреобразователя 1 кода в напряжениеи компаратора 5.Блок 8 управления сравнивает выходное напряжение масштаб".ного блока 9 делителя с уровнями напряжения ОБЩЕЕ и ООе /2 ии компаратора 5. Блок 8 управления с3уровнями напряжения ОЕе и О 0 ее/2 иустанавливает коэффициент передачиблока делителя Ке таким, чтобы выполнялось условие,ОодделимогоПосле того, как будут выполненыоба условия (1) и(2) блок 8 управления переключает триггер 6 управления,который в свою очередь открываетЗФ ключ 3, и импульсы от генератора 4 начинают поступать на вход счетчика 2импульсов. Кодовое состояние счетчика 2 преобразуется в ступенчатое илинейно растущее напряжение на выхофф де преобразователя 1 код-напряжения.При срабатывании схемы 5 сравнениятриггер 6 управления переключаетсяобратно и снова отключает генератор4 импульсов от счетчика 2. Код, соЗФ держащийся в счетчике 2, представляет собой мантиссу частного от делениядвух напряжений. В результате того,что масштабные коэффициенты обоихмасштабных блоков могут приниматьзз.значения только кратные двум,изменение масштабного коэффициентаравнозначно перенесению запятой вдвоичном числе. Следовательно, покодовым состояниям управляющих выход дов блока управления можно судитьо порядке полученного результата,который и выдается из блока 8 управления параллельно с мантиссой. При .вйполнении условий 1) и 12) число,4 Ф содержащееся в счетчике, всегда явля-ется нормализованным, .т.е. перваязначащая цифра всегда отличается отнуля. Таким образом, на выходе аналого-цифрового делительного устройствачастное от деления двух напряженийполучаем в виде нормализованного дво"ичного числа с плавающей запятой.Блок 8 управления работает следующим образом. Компараторы 5 и 16блока 8 управления осуществляют сравнение выходного напржхелия К 10 щмасштабного блока 7 делимого с выходиья напряжением КО масштабного .блока 9 делителя и с напряжением 8860 7 Фгде КО, - выходное напряжениемасштабного блока делителя.Аналогичным образом блок 8 управления сравнивает выходное напряжениемасштабного блока 7 делимого.с уровнями напряженияКО, и КОдРПри этом блок 8 управления изменяетмасштабный коэффициент К блока дели 1 Фмого так, чтобы выполнялось условиекод( КОЕ,(КО,где КО 41 - выходное напряжениемасштабного блока 7/Для выделения кода порядка частно.у го от деления двух напряжений служитшифратор 38, на входы которого поступают выходы обоих реверсивных счетчиков 34,и 35. Принципиально шифратор38 может быть выполнен как комбинаВ ционный двоичный сумматор в режимевычитания,Применение предлагаемого устройства по сравнению известными позволяет получить более высокую точИ ность выполнения операции делениянапряжений, так как в процессе работы устройства сравнение напряжений на компараторе осуществляется наболее высоком уровне по сравнению срЕ известным устройством, значительнорасширить динамический диапазонвходных сигналов, результат делениянапряжений получать в виде нормализованного двоичного числа с планау ющей запятой, что позволяет испольэовать его без дополнительных преобразований в цифровых вычислительныхустройствах и системах. Формула изобретения 7Ь.Удл(2 соответственно. Компараторы 17 и 18 блока 8 управления осуществляют сравнение вьпсодного напряжения 1 Ол масштабного блока 9 делителя с опорным напряжением О и с напряжением Ооп ( соответственно. Совокупность элементов И 21, 22, ключей 26 и 27 и инверторов 30 и 31 обеспечивает управление реверсивным счетчиком 34, который через дешифратор 36 переключает коммутатор 14 масштаб ного блока 7 делимого. Логика работы блока управления предполагает для компараторов, что если уровень сравниваемого напряжения больше заданного, то на выходе компаратора появляется логический ноль, в противном случае логическая единица. По кодовому сочетанию выходных сигналов компараторов 15 и 16 вырабатываются сигналы управления реверсивным счетчиком 34 на счет в прямом либо обрат" ном направлении и останов.Так, при состоянии выходных сигналов компараторов 15 и 16 соотнетственно 11 срабатынает элемент И 21 и через ключ 26 включает реверсинный счетчик 34 на счет в прямом направлении. На первые входы ключей 26, 27, 28 и 29 поступают импульсы У от генератора 4 импульсов аналого-цнфроного делительного устройства. При . состоянии выходных сигналов укаэанных компараторов 00, зти сигналы инвертируются с помощью инверторов 30 и 31, срабатывает элемент И 22 и через ключ 27 включает реверсивный счетчик 34 на счет в обратном направлении. При состоянии выходных сигналов компаратаров 15 и, 6 соответственно 10 ключи 26 и 27 закрыты и реверсивный счетчик 34 находится в состоянии покоя. Указанное состояние выходных .сигналов компараторов имеет местопри выполнении условия 2) .Аналогичным образом работает ивторой канал для управления масштабным блоком делителя с компараторами 1 Т и 18, реверсинным счетчиком 35, управляющим дешифратором 37, элементамв И 23, 24, ключами 28 и .29 и инверторами 32 и 33. Состояние выходных сигналов компараторов 17 и 18, соответственно, О имеет место при выполнении условия 1), Элемент И 25 выделяет состояние компараторов 15, 6, 1 7 н 18 соответственно, ОО, которое имеет место только при одновременном выполнении условий 1) и 1 . Аналого-цифровое делительноеустройство, содержащее компаратор,преобразователь кода в напряжение, д выход которого подключен к первомувходу компаратора, счетчик импульсов, выходы которого подключены куправляющим входам преобразователякода в напряжение и являются первымар выходом устройства, ключ, триггеруправления и генератор импульсов,выход которого подключен к информационному входу ключа, управляющийвход ключа подключен к выходу триг-гера управления, выход ключа подключен ко входу счетчика, первый входтриггера управления подключен к выходу компаратора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности деления и расширения динамического диапазона входных сигналов,в него введены масштабный блок дели,мого, информационный вход которого,является входом делимого устройства, масштабный блок делителя,инФормационный вход которого являет,ся входом делителя устройства,.источник опорного напряжения и блокуправления, первый и второй входыкоторого подключены к выходам масш. табных блоков делимого и делителя соответственно, третий вход блока управления подключен к выходу генератора импульсов, четвертый вход подключен к выходу источника опорного напряжения, первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам масштабных блоков делимого и делителя соответственно, третий выход блока управления подключен ко второму входу триггера управления, четвертый выход блока управления является вторым выходом устройства.2. Устройство по п.1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит четыре компаратора, два операционных усилителя, пять элементов И, четыре инвертора, два реверсивных счетчика, два дешифратора и один шифратор, первые входы первого и второго компараторов объединены и являются первым входом блока управления, второй вход первого компаратора, вход первого операционного усилителя и первые входы третьего и четвертого компараторов объединены и являются вторым входом блока управления, первые входы всех ключей объединены и являются третьим входом блока управления, второй вход третьего компаратора и вход второго операционного усилителя объединены и являются четвертым входом блока управления,выходы первого и второго операционных усилителей подключены ко вторым входам второго и четвертого компараторов соответственно, выход первого компаратора подключен к первому входу первого элемента И, ко входу первого инвертора и к первому входу пятого элемента И, выход второго компаратора подключен ко второму входу первогсэлемента И и ко входу второго инвертора, выход третьего компаратора подключен к первому входу второго элемента И, ко входу третьего инвертора и ко второму входу пятого элементаИ, выход четвертого компаратора подключен ко второму выходу второго элемента И и ко входу четвертого инвер тора, выход первого инвертора подключен к первому входу третьего элемента И, выход второго инвертора подключен ко второму входу третьего элемента И и к третьему входу пятого ф элемента И,выход третьего инвертораподключен к первому входу четвертогоэлемента И,выход четвертого инвертораподключен ко второму входу четвертогоэлемента И и к четвертому входу пято- Иго элемента И, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И:подключены соответственно ко. вторымвходам первого, второго,. третьего ичетвертого ключей, выходы первого ивторого ключей подключены соответственно к первому и второму входампервого реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого ключей подключены соответственно к первому ивторому входам второго реверсивногосчетчика, группа выходов первого реверсивного счетчика подключена ковходам первого дешифратора и к первойгруппе входов шифратора, группа выхо"дов второго реверсивного счетчикаподключена ко входам второго дешифра"тора и ко второй группе входов шифра"тора, выходы первого дешифратора являются первым выходом блока управления, выходы второго дешифратора являютса вторым выходом блока управления,выход пятого элемента И являетсятретьим выходом блока управления, выходы шифратора являются четвертым 49выходом блока управления. Источники информации,принятые во внимание при экспертиэе 1Авторское свидетельство СССРВ 368615, кл. 6 06 1 3/00, 1 973,2. Авторское свидетельство СССР Ф 438999, кл 6 06 ,1 3/ОО, 1972 (прототип).исное ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная 8 Тираж 748 ИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Р омитета СССРоткрытийушская наб.,