Частотно-импульсный функциональный преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СеветскнаСоциалистическихРеспублик 995095(22) Заявлено 12. Об. 81.(2 ) 3328911/18-24 РМ Кп 3 0 Об Р 15/31 с присоединением заявки М -Государственный .комитет СССР но делам изобретений и открытийОпубликовано 0702,83, Бюллетень Мо 5 Дата опубликования описания 07.02.83 В.Б.Дудыкевич, Т.Г.Галамай, В.И.Отенко и З,М. трилецкий:.(72) Авторыизобретения(71) Заявитель Львовский ордена. Ленина политехнический ин им. Ленинского комсомола(54) ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в устройствах линеаризации характеристик датчиков с частотным выходом.Известен частотно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий генератор опорной частоты, триуправляемых делителя частоты, дешифратор, блок памяти и блок управления.Один из управляемых делителей частоты выполняет функцию частотного интегратора и содержит счетчик-делитель,управляющий реверсивный счетчик, элементы И по числу разрядов счетчийови элемент ИЛИ,Недостатками известного преобразователя являются ограниченные функциональные воэможности и чрезмерная зависимость. аппаратурных затрат от количества участков аппроксимации1 1.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсячастотно-импульсный функциональныйгенератор, содержащий генератор эталонной частоты, блок памяти, первуюи вторую группы, элементов И, элементИ, реверсивный счетчик, сумматор"вычитатель, элемент И, счетчик, пер= 30 вая группа разрядных выходов которого подключена к первым входам эле"ментов И первой группы, вторая группаразрядных выходов счетчика подключенак входам дешифратора, выходы которого подключены к входам блока памяти,первая группа выходов которого под-ключена к первой группе входов управ- .ляемого делителя частоты, выход генератора эталонной частоты подключен кпервому входу элемента И, второй входкоторого. подключен к управляющей шине и управляющему входу реверсивногосчетчика, выход элемента И подключенк управляющему входу счетчика, вторая группа разрядных выходов которогоподключена к первой группе входовэлементов И второй группы, втораягруппа входов которых подключена кразрядным выходам реверсивното счетчика и второй группе входов элементовИ первой группы, вторая группа выходовблока памяти подключена к управляющимвходам реверсивного счетчика, информационный вход которого подключен квыходу сумматора-вычитателя,информационные входы которого подключенысоответственно к выходу управляемогоделителя частоты и выходам элементовИ первой группы и информационному вы 995095ходу устройства, выходы элементов Ивторой группы подключены к второйгруппе входов управляемого делителячастоты 2 3,Недостатком известного генератораявляются узкие функциональные возможности: линеаризация характеристикдатчиков может выполняться только путем их аппроксимации отрезками степенных функций, Это в свою очередь,снижает точность линеаризации.1 ОЦель изобретения - повышение точности,Поставленная цель достигается тем,что в частотно-импульсный функциональный преобразователь, содержащийдве группы импульсно-потенциальныхэлементов И, два элемента ИЛИ, суммирующий счетчик, дешифратор, блокпамяти, первый реверсивный счетчики первый управляемый делитель частоты, управляющие входы которого соеди нены с первым выходом блока памяти,вход которого через дешифратор соединен с первым выходом суммирующегосчетчика, второй выход последнегосоединен с импульсными входами элемен 25тов И первой группы и потенциальными входами элементов И второй группы,выходы которых соединены с входамипервого элемента ИЛИ, выход которогосоединен с информационным входом пер"30вого управляемого делителячастоты,второй выход блока памяти соединен суправляющим входом первого реверсивного счетчика, а выход последнегос ипульсными входами элементов И 35второй группы и потенциальными входами элементов И первой группы, выходыкоторых соединены с входами второгоэлемента ИЛИ, вход суммирующего счетчика соединен с входом аргумента 40преобразователя, дополнительно введены второй управляемый делитель частоты, второй реверсивный счетчик, третьягруппа импульсно-потенциальных элементов И, третий элемент ИЛИ и дваимпульсных сумматора- вычитателяуправляющие входы которых соединенысоответственно с третьим и четвертымвыходами блрка памяти, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с управляющим входом второ 1го управляемого делителя частоты ипотенциальными входами элементов Итретьей группы, импульсные входы ивыходы которых соединены соответственно с вторым выходом суммирующего 55счетчика и входами третьего элементаИЛИ, выход которого соединен с первым информационным входом первого импульсного сумматора- вычитателя, второй информационный вход которого сое- Щдинен с выходом второго импульсногосумматора-вычитателя и информационным входом первого реверсивного счетчика, седьмой выход блока памяти сое-цинен с управляющим входом второго 65 реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен с выходом первого импульсного сумматора-вччитателя, первый и второй информационные входы второго импульсного сумматоравычитателя соединены с выходами соответствующих управляемых делителей частоты.На чертеже представлена блок-схема преобразователя.Частотно-импульсный функциональный преобразователь содержит реверсивные счетчики 1 и 2, суммирующий счетчик 3, дешифратор 4, блок памяти 5, управляемые делители б и 7 частоты, группу 8 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 9 ИЛИ, группу .10 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 11 ИЛИ, группу 12 импульсно-потенциальных элементов И, элемент 13 ИЛИ, импульсные сумматорывычитатели 14 и 15.Преобразователь работает следующим образом.Перед началом преобразования в реверсивных счетчиках 1 и 2 установлены соответственно числа бо и Ъо . Импульсная последовательность поступает на вход счетчика З,который при достижении аргументом Хвх значений ХвхХвхХвх определяющих узлы аппроксимации, через дешифратор 4 возбуждает входы блока 5 памяти, устанавливающего выходными сигналами коэффициенты деления управляемых делителей б и 7 и двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика З,группы/8 с элементом 9 на выходе. Кроме того, сигналами с выхода блока 5 задаются режимы работы реверсивных счетчиков 1, 2 и сумматоров-вычитателей 14 и 15Импульсная последовательность с двоичного умножителя частоты, образованного счетчиком 3, группой 10 и элементом 11, поступает на вход управляемого делителя б, а последовательность импульсов с двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика 1, группы 12 и элемента 13,поступает на вход управляемого делителя7. С выходов делителей б и 7 импульсыподаются на входы сумматора-вычитателя 14, Текущее значение числа, являющееся первым результатом преобразования и формируемое в счетчике 1 импульсной последовательностью, поступающей с выхода сумматора-вычитателя 14, изменяется (уменьшается или увеличивается) в зависимости от режима работы этого счетчика, Режим работы счетчика 1(вычитание или суммирование) задается блоком 5.Кроме того, импульсы с выхода сумматора-вычитателя 14 поступают наодин вход сумматора-вычитателя 15, надругой вход которого поступает импульсная последовательность двоично995095 559. Сумматор-вычитатель 14 работает в режиме вычитания, а сумматор-вы."читатель 15 - в режиме сложения -им" пульсных последовательностей, Счетчики 1 и 2 работают в режиме суммирования,10, Сумматор-вычитатель 14 рабо О тает в режиме вычитания, а сумматорвычитатель 15 - в режиме сложения импульсных последовательностей. Счетчик 1 работает в режиме вычитания, а счетчик 2 - в режиме суммирования. 65 дг= ду+ах где ду - приращение импульсной последовательности у на выходесумматора-вычитателя 14ИХОЙ - приращение импульсной последовательности хЗ на выходе двоичного умножителя,состоящего из счетчика 3,группы 8 и элемента 9,го умножителя частоты, состоящего иэ 11.Сумматор-вычитатель 14 работает счетчика 3, группы 8 и элемента 9, в режиме вычитания, а сумматор-вычиТекущее значение числа, являющееся татель 15 - в режиме сложения имвторым результатом преобразования и пульсных последовательностей, Счет- Формируемое в счетчике 2 импульсной чик 1 работает в режиме суммированиг последовательностью, поступающей с 5 а счетчик 2 - в режиме вычитания, выхода блока 15, изменяется (умень. Сумматор-вычитатель 14 работашается или увеличивается) в эависи- ет в режиме вычитания, а сумматор- мости от режима работы этого счетчи- вычитатель 15 - в режиме сложения имка. Режим работы счетчика 2(вычита- пульсных последовательностей, Счетние или суммирование) задается блоком 10 чики 1 и 2 работают в режиме вычита. ния.Возможныследующие Режимы Работы 13. Сумматоры-вычитатели 14 и частотно-импульсного Функционального работают в режиме вычитания импульс преобразователя ных последовательностей, Счетчики1, Сумматоры-вычитатели 14 и 15 15 и 2 работают в режиме суммирования. работают в режиме сложения импульс. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 ных последовательностей. Счетчики 1 работают в режиме вычитания импульс- и 2 работают в режиме суммирования. ных последовательностей, Счетчик 12. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 работает в режиме вычитания, а счет- работают в режиме сложения импульс чик 2 - в режиме суммирования. ных последовательностей, Счетчик 1 15. Сумматоры-вычитатели 14 и 15аботает в режиме вычитания, а счет- работают в режиме вычитания импульсик 2 - в режиме суммирования. ных последоватечьностей. Счетчик 13. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 - . работает в режиме суммирования, а работают в режиме сложения импульс счетчик 2 - в режиме вычитанияных последовательностей. Счетчик 1 16.Сумматоры-вычитателя 14 и 15, Работает в режиме суммирования, а работают в режиме вычитания импульс- счетчик 2 - в режиме вычитания. ных последовательностей, Счетчики 14. Сумматоры-вычитатели 14 и 15 и 2 работают в режиме вычитания. работают в режиме сложения импульс- ЗО для облегчения понимания работы ных последовательностей, Счетчики 1 устройства разобъем режимы его рабои 2 работают в режиме вычитания. - ты на четыре группы в соответствии5. Сумматор-вычитатель 14 работает с режимами работы сумматоров-вычитав режиме сложения, а сумматор-вычита- телей 14 и 15 сложения-вычитания имтель 15 - в режиме вычитания импульс- пульсных последовательно-"тей. Группа ных последовательностей, Счетчики 1 1 объединяет режимы 1-4, при которых и 2 работают в режиме суммирования, сумматоры-вычитатели 14 и 15 работа 6. Сумматор-вычитатель 14 работа- ют в режиме сложения. Группа 2 объеет в режиме сложения, а сумматор-вычи- диняет режимы 5-8, при которых суммататель 15 - в режиме вычитания им- тор-вычитатель 14 работает в режиме пульсных последовательностей. Счет сложения, а сумматор-вычитатель 15 - чик 1 работает в режиме вычитания, а в режиме вычитания. Группа 3 объедисчетчик 2 - в режиме суммирования, няет режимы 9-12, при которйх сумма 7, Сумматор-вычитатель 14 работа- тор-вычитатель 14 работает в режиме ет в режиме сложения, а сумматор-вы вычитания,а сумматор-вычитатель 15 читатель 15 - в режиме вычитания им в режиме сложения. Группа 4 объедипульсных последовательностей. Счет- няет режимы 13-16, при которых сумчик 1 работает в режиме суммирования, маторы-вычитатели 14 и 15 работают а счетчик 2 - в режиме вычитания. в режиме вычитания.8. Сумматор-вычитатель 14 работа- Рассмотрим работу частотно-импульсет в режиме сложения, а сумматор"вы ного функционального преобразователя читатель 15 - в режиме вычитания. им- в режимах, относящихся к группе 1. пульсных последовательностей. Счет- Приращение Ыг импульсной после- чики 1 и 2 работают в режиме вычита- - довательности 2 на выходе сумматорания.вычитателя 15 описывается Уравнением(17.), получим Кч: фв 1- - хвх Интегрируя выражение (1), получаем величину текущего значения числа й в счетчике 2 где Ь - число, установленное в счет-очик 2 перед началом преобраэования.Знак е+фф в,выражении (2) соот-. ветствует работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак -ф - в работе счетчика 2 в режиме вычитания. 15Приращение йх в импульсной последовательности х в, поступающее на вход счетчика 3, вйэывает на выходе элемента 9 приращение дхэ импульсной последовательности хЭ, описываемое уравнением 25 где к - задаваемое блоком 5 значение коэффициента умножениядвоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика.3, группы 8 и Элемента 91е - коэффициент пересчета счет" З 0чиков 1 и 3.На выходе сумматора-вычитателя 14 импульсная последовательность ч описывается уравнениемУ:1 к+ ф)хт,где к, к 2 -коэфФициент деления управляемых делителей б и7 соответственно)дх - приращение импульсной40последовательности х, навыходе двоичного умиожителя частоты, состоящегоиэ счетчика 3, группы 10и элемента 11 у 45дхе - приращение импульснойпоследовательности на выходе двоичного умножителя частоты, состоящегоиз счетчика 1 группы 12 50и элемента 13.Импульсные последовательности х., и х рписываются уравнениямичах: - ахах, (ь) 55 где у - текущее значение числа в счетчике 1, и ах,= в" ау, (. где хв - текущее значение числа в счетчике 3. С учетом выражений (5) в (7)После преобразования,получимКчач= ," дхвх 19)"вхИмпульсная последовательность у поступает на вход 1 и формирует в нем число ч, значение которого определяется иэ уравнения где ао - число, установленное в счетчике 1 перед началом преобразования,Или с учетом выражения (9)Вчч:а +дхвх (11)хвхЗнак + в уравнении (10) соот-. ветствует работе счетчика 1 в режиме суммирования, знак ф-ф - работе счетчика 1 в режиме вычитания.Продифференцировав выражение. (11) и разделив переменные, получимцч + " аХ .(й)- ).х вхПроинтегрировав и подставив пределы.изменения переменных, получим У хвхпхвх- - ф (1 Э)У -вф хв Оили("вхцУ 1,2 вх)3 ( ) откуда у % .2 хвхР - =- Ьв И)ф ФРя - =Вв" ) (ь)00 . 3 ацчИз выражения (16) получаем величину текущего значения числа ъ в счетчике 1. 1 ф 2ч=а 1- - х(ч)2С учетом выражения 10 Принимая во внимание выражение Иэ уравнений (3), (4) и (19) текущее значение числа в счетчике 2 определяется уравнением995095 знак -фф - работе счЕтчика 1 в режиме вычитания. Решая относительно у,находим величину текущего значениячисла у в счетчике 152Мг а 1 ф - , к;, (282Так как сумматор-вычитатель 15работает в режиме сложения, то для 1 О него справедливо уравнение (3). При"нимая во внимание (3), (4), (10) и,(28), получаем текущее значение числа д в счетчике 2 Х= Ъо дду - дх ) (22): ъ р- .Т з , + О-В ВХ ЕК 1 Н) или Следует .отметить, что для всех режимов работы преобразователя справедливы следующие соотношения: (4),. описывающие работу двоичного умножн-. теля частоты,.состоящего из счетчика 3, группы 8 и элемента 9 (б), описывающее работу. двоичного умножителя чатоты, состоящего из счетчика 31 группы 10 и элемента 11 у (7), описываЮщее работу двоичного умножителя частоты, состоящего из счетчика.1.Рассмотрим работу преобразователя в режимах, относящихся к группе 2.Приращение ак импульсной последовательности х на выходе сумматора-внчитателя 15 описывается уравнением 5адаУ-дкз (2)Интегрируя выражение (21), опреде,ляем величину текущего значения числа д в счетчике 2 20 Знак 1 ф+ф соответствует работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак -ф - работе счетчика 2 в ре жиме вычитания., В связи с тем, что сумматор"вычи. татель 14 работает (как и в предыдущем случае) в режиме сложения импульсных последовательностей, справедливо . уравнение (5), а следовательно, уравнение (17), определяющее величину текущего значения числа у в счЕтчике 1, и уравнение (19).С учетом выражений (4), (19) и (22) текущее значение числа в счетчике 2 определяется уравнением Х=ЬО+ -- хв+ а 1- - х -а (2 ЦРассмотрим работу преобразователя в режимах, относящихся к группе 3.Импульсная последовательность на выходе сумматора-вычитателя 14 в 45 этом случае описывается уравнениемЗУ:аак-а а 2 (24)С учетом выражений (б), (7) и (24)У ЬМл50ЙУ: К - дк - . ЗУ (2)1 в ех 2 е Рассмотрим работу преобразователяв режимах, относящихся.к группе 4.Так как сумматор-вычитатель 15работает в режиме вычитания импульсных последовательностей, ть для негосправедливо уравнение (21, иэ чеговытекает справедливость. уравнения(22).В связи с тем, что сумматор-вычитатель 14 работает.(хек и в .предыдущем Случае) в режиме вычитания импульонмх последовательностей, егоработа описывается уравнением (26,а величина текущего значения числаУ в счетчике 1 определяется выражением (28,Принимая во внимание. уравнения(4), (10), (22) и (28, определяемтекущее значение числа 2 в счетчике2%д:Ь + -- х + аь - хв-ао Ооуравнения (20), (23, (29) и (30)выведены в предположении,что коли"чествб участков аппроксимации заданной функции указанными выражениямиравно единице.. В общем случае для и участков аппроксимации уравнения (20), (23),л, у- ау ак,(2 Ьа+фс хвк в"Принимая во внимание уравнения (10 и (26), определяем число у, формируемое в счетчике 1 импульсной последовательностью у1В 1 У 3=ае+ 1, хвк (2 Ч Щ Ф 2 ХВК Знак ф+ф соответствует работесчетчика 1 в режиме суммирования, а. 55"нК 2,К; - значения коэффициентовна 1-мучастке аппроксимации;Хэ - ЗНаЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОйХэв начале 1-го участкааппроксимации,Следует отметить, что в предлагаемом преобразователе в качестве вто- рого счетчика результата может служить реверсивный счетчик 1. Результат преобразования, Фиксируемый этим счетчиком, описйвается, при работе сумматора-вычитателя 14 в режимах сложения импульсных последовательностей уравнением иП 1- 1 С,Х 21у-е) аеуо,1:112 Рьх 1 н при работе сумматора-вычитателя 14 в режимах вычитания импульсных последовательностей - уравнениемф 1 Сравнительный анализ показывает, что предлагаемый преобразователь обладает. значительно большими Функциональными возможностями, чем прототип,и кроме воспроизведения зави" симостей вида .У=а(х, соответ 1=1 ствующих уравнениям (35) и (36), может воспроизводить шестнадцать нелинейных функциональных зависимостей, вид которых определяется шестнадцатью Указанными режимами работы преобраэователя, В обобщенном виде эти зависимости списываются уравнениями(31) - (34). Кроме того, наличйе двухкоэффициентов к 1 и,к расширяет возможности устройства за счет болееточного задания значений показателейстепени (31) - (36), а это позволяетточнее воспроизводить заданные функции. Этому же способствует присутствие в формулах (31) - (34) линейного члена позволяющего влиять на кривизну воспроизводимой функции, Задав значениеао:0 или к:ку-О, предлагаемым пре-,образователем можно воспроизводитьФункции методом кусочно-линейной аппроксимации. Расширение функциональных возможностей обеспечивается такжевозможностью комбинирования режимовработы устройства на разных участкахаппроксимации. Частотно-импульсный функциональный преобразователь, содержащий две группы импульсно-потенциальных элементов И, два элемента ИЛИ, суммирующий счетчик, дешифратор, блок памяти, первый реверсивный счетчик и первый .управляемый делитель частоЗ 5 ты, управляющие входы которого сое-.динены с первым выходом блока памяти, вход которого через дешифратор соединен с первым выходом суммирующего счетчика, второй выход последнего 40 соединен с импульсными входами элементов И первой группы и потенциальными входами элементов И второй.группы, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход 45 последнего соединен с информационным входом первого управляемого делителя частоты, второй выход блока памяти соединен с.управляющим входом первого реверсивного счетчика, а выход последнего - с импульснымй входами элементов И второй группы и потенциальными входами элементов И первой группы, выходы которых соединенй с входами второго элемента ИЛИ, вход суммирующего счетчика соединен с входом аргумента преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй управляемый делитель частоты, второй реверсивный счетчик, третья группа импульсно-потенциальных элементов И, третий элемент ИЛИ и два импульсных сумматора- вычитателя, управляющие входы которых соединены соответственно с третьим и чет вертым выходами блока памяти, пятый4 б/34 Тираж 704 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 13035, Иосква, Ж,Раушс Подпйсноеомитета СССРоткрытийая наб., д.4/ лиал ППП Патент , г.ужгород, ул.Проектная,4 и шестой выходы последнего соединены соответственно с управляющим входом второго управляющего делителя част,- : ты и потенциальными входами элементов И третьей группы, импульсные входы и выходы которых соединены соответст венно с вторым выходом суммирующего счетчика и входами третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым информацнонньщ входом первого импульсного сумматора- вычитателя 10 второй информационный вход последнего соединен с выходом второго импульсного сумматора-вычитаталя и информационным входом первого реверсивного счетчика, седьмой выход блока памяти соединен с управляющим входом второго реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен свыхо-дом первого импульсного сумматоравычитателя, первый и второй информационные входы второго импульсногосумматора-вычитателя соединены с выходами соответствующих управляемыхделителей частоты. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР9 543945, кл, С 01 Г 15/31, 19762. Авторское свидетельство СССРУ 674008, кл. С 06 Р 15/31, 1978