Функциональный преобразователь напряжения в код

Союз Советских Социапистнческих Республик(61) Дополнительн (22) Заявлено 281 е к авт. сеид-ву 9822347 ,79 (21) 2860261/18-2 Цп 3Н 03 К 13/17 с присоединением заявки М осударственный комнте СССР по делам изобретений и открытий, П. Вашкевич и Л.Н. Панко 1 Заявитель ензенский политехнический инстит(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЬ 11 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИ ЯВ КОД еритель может инфорх. ма По основному авт. св. Р 822347 известно устройство, содержащее аналоговыйкоммутатор, усилитель, блок сравнения, цифро-аналоговый преобразователь, устройство управления, поразРядный функциональный преобразователь, сумматор, запоминающее устройство, входы аналогового коммутатора соединены с входной клеммой, выход аналогового коммутатора через усилитель соединен с первым входом блока сравнения, второй вход усилителя соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, входы которого соединены с выходами сумматора и входами поразрядного функционального преобразователя, входы сумматора соединены свыходами запоминающего устройства, входы управления аналогового коммутатора, усилителя, поразрядного функционального преобразователя, сумматора, запоминающего устройства соединены с выходом устройства управления. В основу работы положен итерационный процесс 1). 2 обретение относится к ивычислительной технике использовано в различны нно-измерительных систе Однако это устройство обладаетограниченным быстродействием. Выполнение преобразования напряжения в кодв нем по алгоритму поразрядногоуравновешивания не позволяет достичьвысокого быстродействия.Цель изобретения - повышениебыстродействия устройства,Цель достигается тем, что в функциональный преобразователь напряженияв код, содержащий аналоговый коммутатор, усилитель, блок сравнения,цифро-аналоговый преобразователь,устройство управления, поразрядныйфункциональный преобразователь, сумматор, запоминающее устРойство, входыаналогового коммутатора соединены свходной клеммой, выход аналогового .коммутатора через усилитель соединенс первым входом блока сравнения, второй вход усилителя соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя,входы которого соединены с выходамисумматора и входами поразрядногофункционального преобразователя, входы сумматора соединены с выходамизапоминающего устройства, входы управления аналогового коммутатора,усилителя, поразрядного функционального преробразователя, сумматора, за 13,9951 0,0156 3,9 24 8 0,0624 3,9997 0,0039 1 3,20600,7854 0,2450 7,99940,00195 7,9594 0,0156 6,3158 0,1244 7,801 0,0997 10,0000 0,0010 9,9672 0,0100 10 15,979 16 12,5829 Оу 0624 0,0039 4,0000 0,0009 4,0002 0,0039 4,0049 0,0156 4,0813 0,0626 0,2554 8,00000,00024 8,00080,00195 1 8,04130,1257 10,0156 поминающего устройства соединены свыходами устройства управления, введены последовательно соединенныешифратор и блок округления, включенные между выходом блока сравнения ивходами запоминающего устройства, и 5блок управления итерациями, первый ивторой входы которого подключены ксоответствующим входам запоминающегоустройства, первый вход блока управления итерациями подключен также к 10второму входу блока сравнения, третий вход - к выходу устройства управления, выход - ко входу поразрядногоФункционального преобразователя, входы управления блока управления итерациями и блока, сравнения соединеныс выходами устройства управления.На фиг,1 представлена.;структурнаясхема Фуикционального преобразователянапряжения в код; на Фиг.2 - пояснение процесса квантования в устройстве.устройство содержит аналоговыйкоммутатор 1, усилитель 2, блок сравнения 3, цифро-аналоговый преобраэователь 4, устройство управления 5 сумматор 7, запоминающее устройство 8,шифратор 9; блок округления 10, блокуправления итерациями 11, входныеклеммы 12 устройства,Поразрядный функциональный преобразователь 6 выполнен, например, на основе регистров 13 и 14, сумматоров15 и 16, блоков сдвига 17 и 18 ицифрового переключателя 19,Усилитель 2, блок сравнения 3, циф"ро-аналоговый преобразователь 4, сум-,матор 7, запоминающее устройство 8,шифратор 9, блок округления 10 образуют преобразователь напряжения вкод параллельно-последовательногоуравновешивания с искусственным порядком весов. разрядов кода. Для обеспечения искусственного порядка весовразрядов кода коэффициент передачиМ усилителя 2 изменяется по тактамуравновешивания по соотношению9,гдеМ;:1;Ц, Я, - веса разрядов кода натактах уравновешивания3.-1 и 3.,Для выполняемых функциональных преобразований напряжения в код и основании системы счисления А Яг -1)=агс 1 д а при образовании тригонометрических зависимостей, 0; -:аг 1 Ь Апри образовании гиперболических зависимостей, 09,= 1 од,(мФ")при образовании эксйоненцйальной зависимости. Значения величин А; и 6;по тактам уравновешивания 1 представлены в таблице. Такт уравновешивания 1928634 Продолжение таблицы Вес разряда,Основание,Такт управления, 1 1 10,000 10,0016 0,0010 10,033 0,0100 16,00220,0039 0,0001 003 16,000 0,062ияИ;= х пууравн овеших величинвисимостей Компенсирующие напряжения ОК, потактам уравновешивания 1 формируютсяпутем суммирования эталонных напряжений, пропорциональных весам разрядов .кодов щ,0 К;ОИп, С ,Х Я.+гпту,Х,Ягде в- масштаб преобразования;знак результата сравнения,при квантовании напряженияк нижней границе кванта ,=1,при квантовании напряженйя 4к верхней границе кванта1х . - результат сравнения нескомпенсированного напряженияс равномерной шкалой эталонных напряжений у,-1 -, оили. Ч =- О ЕОАХе ОАпри формировании тригонометрических и экспоненциальной зависимостей;х 606, - при формировании гиперболических зависимостей; за нижнюю границу кванта 3 шкалы эталонных напряжений прини маются эталонные напряжения +О, верхней грайице этого кванта шкалы эталонных напряжений соответствуют эталонные напряжения 0- . 65 Вычисление суммы в ци позволяет получить код Б образуемого напряжения ППо результатам сравне формируются коды Ы = пи тем вычисления по тактам вания двух взаимосвязанн для тригонометрических з по соотношениям для гиперболических зависимостей посоотношениямХ =к +фс/ у.,для экспоненциальной зависимости посоотношениюХ. =Х + сЬХ.,ИВ каждом такте уравновешиваниявычисление по этим соотнсшениям повторяются д раз. Постоянство числатактов вычисления позволяет учестьмасштабную деформацню величин, при"сущую методу вычислений цифра зацифройф, сохранить постояннымикоэффициенты деформации Е и К, и получить коды без масштабного изменения величин. Увеличение числа тактоввычисления для сохранения их числа постоянным учитывается в тактах уравновешивания введением двух способов квантования напряжений - квантования напряжений к нижней и верхней границам соответствующего кванта шкалы 5 эталонных напряжений. для выполнения такого квантования результат сравнения хокругляется: вырабатывается результат х; : х; при квантовании напряжения к нижней границе кванта 1 О и результат х. : х 1 при квантоОвании напряжения к верхней границе кванта.Первые хо такты вычисления величи х, ,выполняются со 15 знаком величины ., остальные д. - хо1такты вычисления - со знакочередующимися знаками+и-. Последние такты вычисления выполняются для сохранения числа тактов вычисления постоянным.При форми ров ании три гон ометрич еских функциональных зависимостей число тактов вычисления величин х),может быть равным А .Вычисление экспоненциальной зависимости не сопровождается масштабными деформациями величин, поэтому число тактов вычисления величины дляэтой зависимости может составлять х , На всех тактах уравновешивания и вычисления х;, для этой функции возможно применение постоянного значения ;.,цля вычисления суммы в устройстве используются сумматор 7 и запоминаю- З 5 щее устройство 8, в котором хранятся предварительно вычисленные константы х 0,коды с выхода сумматора 7 пе-. редаются в цифро- аналоговый преобра-. зователь 4, который вырабатывает состо ветствующие им компенсирующие напряжения У; . Вычисление величин х;и 1выполняется в поразрядном Функциональном преобразователе 6 с применением регистров 13 и 14, блоков сдвига 17 и 18 и сумматоров 15 и 16.В регистре 13 фиксируется очередное значение хв регистре 14 - Ч;М;111-( -1)Операции умйожения на 2 ( ) и 2 5 О заменяются операциями, сдвига на 1-1 и 1 разрядов содержимого регистров 13 и 14 с помощью блоков сдвига 17 и 18 с последующей передачей на входы сумматоров 15 и 16. ЦиФровой пе реключатель 19 соединяет вход сумматора 15 при формировании тригонометрических и гиперболических функций с выходом блока сдвига 18, при формировании экспоненциальной зависи мости - с выходом блока сдвига 17По сигналу ; сумматоры 15 и 16 выполняют сложение или вычитание величин по указанным формулам для вычисления х;, 65 Функциональный преобразователь напряжения в код .работает следующимобразом.Устройство управления 5 вырабатывает сигналы, задающие последовательность работы во времени различных схем преобразователя. По сигналу устройства управления 5 преобразуемое напряжение аналоговым коммутатором 1 через усилитель 2 передаетсяна вход блока сравнения 3, Коэффициент передачи усилителя 2 устанавливается в зависимости от режима формируемой функциональной зависимости и номера такта уравновешивания,В блоке сравнения 3 преобразуемое напряжение сравнивается с равномерной шкалой эталонных напряжений. Шифратор 9 по результатам сравнения вырабатывает код х, результата сравнения, который передается в блок округления 10. Последний Формирует величины х;о и ; в зависимости от выполняемого квантования преобразуемогонапряжения, Выполнение квантованияпоясняется фиг.2 д, на которой изображены положения шкалы эталонных напряжений У при А =8 в соседние такты уравновешивания и изменения преобразуемого сигнала после усиления егоусилителем 2. При и=и попаданиипреобразуемого напряжения в четныйквант шкалы эталонных напряжений,его квантование выполняется к нижнейгранице кванта, результат сравнениях; не корректируется, т.е, х;о - х,и .: 1. При попадании преобразуемого напряжения в нечетный квант шкалы эталонных напряжений х о - х , и-1. В этом случае блок сравнения 3 по сигналу с выхода блока округления 10 перестраивает свою работу для сравнения нескомпенсированной разности напряжений на следующем шаге.Возможны два варианта построения блока сравнения 3 и соответствующие им режимы перестройки работы. В блоке сравнения 3 с неизменной шкалой эталонных напряжений при квантовании напряжения к верхней границе кванта в данном такте уравновешивания в следующем такте уравновешивания сравнению подвергается нескомпенсированная разность ЬУ преобразуемого и компенсирующего напряжений с противоположным знаком (фиг.2 В ) . Изменение знака напряжения ьБ можно получить, например с помощью дополнительного инвертора в цепи передачи этого сигнала.В блоке сравнения 3 с подачей напряжения на схемы сравнения без изменения знака при квантовании напряжения к верхней границе кванта шкалы эталонных напряжений в следующем такте уравновешивания для сравнения используются равномерная шкала эталонных напряжений - О(фиг .2 б ) .На остальных тактах уравновешиваниявсегда при х;О - х; для сравнения наследующем такте сохраняется шкалаэталонных напряжений, при х,; : х;ндля сравнения на следующем такте вйставляется шкала эталонных напряжений со знаками напряжений, противоположными знакам напряжений шкалыэталонных напряжений данного такта.По результатам округления хо иззапоминающего устройства 8 на входы 10сумматора 7 со знаком, определяемымпоступают константы х; яхРезультаты округления х; , признакфункциональной зависимости К и номертакта уравновешивания 1 образуютадрес ячейки запоминающего устройства 8; из которой извлекается очередная константа. В сумматоре 7 выраба-,тывается код компенсирующего напряжения. Этот код с выхода сумматора 7 20поступает в цифро-аналоговый преобразователь 4, на выход которого выдается соответствующее ему компенсирующее напряжение Ох, . КомпенСирующеенапряжение П; вычитается из преобразуемого напряжения Б хНапряжение д Ох -- У - ц; усиливается во втором такте у рави овешив ани я.с коэффициентом передачи А 1 и вновьсравнивается со шкалой эталонных напряжений. Последовательность операций шифрации, округления, выработкикодов и компенсирующего напряженияповторяется. Всего выполняется и тактов уравновешивания.,После каждого такта уравновешива- З 5ния в цифровом функциональном преобразователе 6 выполняются такты вычисления величин х;, ;, . Результатыокругления х . преобразуются в бло 10ке управления итерациями 11 во временную последовательность сигналовуправления режимов работы сумматоров15 и 16. Во время первых х; тактовна входы управления сумматоров выдается постоянный сигнал, соответствую щий , в остальных с(- х;, тактахсумматоры поочередно выполняют операции сложения и вычитания.В первом такте вычисления в регистры 13 и 14 заносятся величины х, з; соответственно. В сумматорах 15 и 16 по= 1 и х,о выполняется один цикл (тактов) вычислений, и новые значения х 1 и з 1 фиксируются в регистрах 13 и 14. Всего выполняется и циклов вычисления величин х 1,после чего в сумматоре. 7 форми 1 Ф юруется код преобразуемого напряжения И,= Бх, в регистрах 13 и 14 коды Н и И (функционально связан,)+ные с преобразуемым напряжением Ох) .60Формирование определенных кодов имеет следующие особенности.= хЧ =О; И =1(1 Ь=1( и -11)"=1,06608;1й+-Ч; К,:Ххкоды 11="Х 1(,=ех(фХ=4; Й 6=Х.Коды координат х и у точки М привыполнении операции поворота осейкоординат для тригонометрических функций :" .,:.,Ч,-щ ЧМ =И8= хм (=14, Х,=хмЯ:Ч; й 8-ХрНапряжения У х м, У м, соответствующие координатам х и у точки М, прикоэффициенте передачи усилителя 2 К,М;, К = 1/1=066392 преобразуются вкоды Б хм и Им в сумматоре 7, Этикоды из сумматора 7 передаются в регистры 13 и 14, где они используютсяв качестве исходных данных для выполнения операции поворота осей коор-динат.Далее при к:1 преобразуется напряжение О, соответствующее углу Чповорота осей координат, и одновременно вычисляются величины х; , ч;Нкоторые являются координатамй точкиМ при новом положении осеД координат:Хм=Хмс 05 фУмзп )Ч: (сОзЧ- Х ВпЧ,Коды координат х и у точки М привыполнении операции поворота осейкоординат для гиперболических функц й 1 ч,= - Я=И)Ч,:(,; ,=Х.Работа устройства в этом режиме отличается от работы в предшествующемтем, что устанавливается коэффициентпередачи усилителя 2, равным кх М;,1/Е 1,= 1,06608 при преобразованиинапряжений Б хм и Бум величины хи Ъ;, вычисляются по,соотношениямХ,=х,сии+ Ч,ВМ;Ч,=ЧмсЬ Ч- Ум 81 ЧКоды координат х и у точки М привыполнении преобразования из полярнойсистемы координат в прямоугольнуюсистему координат для тригонометрических функций.о;х.,=ж; к,:ч; :Х.Напряжение Ом, соответствующее 5 радиус-вектору точки М при коэффициенте передачи усилителя 2 )у М, )с =1 0,66392 преобразуется в код Им , который в качестве исходной величины вводится в регистр 13. После преобра-О зования напряжения Оз при Ку= 1 и вычислении х 1, м вычисляются координаты точки по соотношениямХм= мсозр;Чщ -м п.,15Коды координат х и у точки М при преобразовании из полярной системы координат в прямоугольную систему координат для гиперболических функ; ций Н 1") Р )М14 Х 1 й 20Ч1 рУ:О; Х=И;1О п 44 Хп"В отличие от прешествукщего режима устанавливается Ы. 1,0 бб 08 и выпол няются такты вычисления по формуламХ=Я сЫ;"м=мЬТаким образом, в предлагаемом уст-ЗО ройстве на единой алгоритмической основе формируются коды, связанные широким набором функциональных зависимостей с преобразуемым напряжением.Формула изобретенияФункциональный преобразователь напряжения в код по авт. св. Ф 822347,отличающийся тем, что,с целью повышения быстродействия, внего введены последовательно соединенные шифратор и блок округления, включенные между выходом блока сравненияи входами запоминающего устройства,и блок управления итерациями, первыйи второй входы которого подключенык соответствующим входам запоминающего устройства, первый вход блокауправления итерациями подключен такжек второму входу блока сравнения, третий вход в . к выходу устройства управления, выход - ко входу поразрядногофункционального преобразователя, входы управления блока управления итерациями и блока сравнения соединены свыходами устройства управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 822347, кл. Н 03 К 13/17, 1979, д. М 5 кая л.Проектная,Редактор Т,Веселова Заказ 3283/75 ТираВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рауш илиал ППППатент, г. Ужго Ур фФ У Оу и, и В,Махи ановритончик Корректор Е. Рошк