Преобразователь угол-код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 9)Н 03 М 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР НОМИТЕТ ОТНРЫТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОП 21) 4331050/2422) 24.11.8746) 07.01.91. Бю мента И, два Формирователя импульсов,четыре элемента ИЛИ, два КБ-триггера,два счетчика по модулю и, реверсивныйсдвиговый регистр, дешифратор, дорожка дискретизации отсчетов, выполненная равномерно квантонанной, шаг квантования равен х, разрядная дорожка выполнена н виде градаций псевдослучай"ной двоичной последовательности максимальной длины с периодом М = 2 -1,в которой к числу последовательно расположенных инулей добавлен нуль.Считывающие элементы дискретизацииотсчетов расположены на расстоянии06 = х/4(41+1), где 1 = О, 1, 2По сигналам с выходов считывающих эле- аментов дискретизации отсчетов формируются импульсы, по которым в зависимости от направления перемещения вреверсивный сдвиговый регистр,зано- Ссится информация с одного из считываство их элемент ния и кван его информаци ется на выход роение кодово считывающих э чивать разряд без увеличени ментов схем,обре логи лью и Изобретение фровому преоб именно к прео рота вала в кение техн На фиг. а преобра при А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(7.1) Ленинградский институт точноймеханики и оптики(56) Авторское свидетель СССРУ 1474843, кл, Н 03 М 1/22, 1987,Авторское свидетельство СССР1534748, кл. Н 03 М 1/22, 1987,(57) Изобретение относится к аналогоцифровому преобразованию информации,а именно к преобразователям угла поворота вала в код. Целью изобретенияявляется повышение технологичностипреобразователя, Поставленная цель достигается тем, что в преобразовательугол - код, содержащий кодовый диск сразрядной дорожкой в виде псевдослуч; йной двоичной последовательности,два:, считывающих элемента разрядов,установленных друг относительно другана расстоянии п.х, где и - ра"рядность преобразователя, а хна кванта, два элемента И, дотельно введены два считывающимента дискретизации отсчетов, два элетносится к аналогоазованию инФормации, разователям угла поразрядов. После накопв информации в регистре через дешифратор пода- преобразователя, Посто диска и расположение ементов позволяют увелиость преобразователячисла считывающих элеения является ловы- ности преобразователя. едена структурная схеля угол-код; на Ьиг,2 -20 35 кретизации отсчетов выполнена с шагом,40равным кванту х разрядной дорожки 2кодового диска 1 (где шаг дорожки 3дискретизацииотсчетов содержит равныепо величине один активный и один пассивный участки дорожки 3 дискретизации 45отсчетов). Дорожка 3 дискретизации отсчетов и разрядная дорожка 2 кодовогодиска 1 сфазированы друг относительно 50 5 временные диаграммы работы преобразователя,Преобразователь угол - код содержит кодовый диск 1, разрядную дорожку 2, дорожку 3 дискретизации отсчетов, считывающие элементы 4 и 5 разрядов, считывающие элементы 6 и 7 дискретизации отсчетов, пороговые элементы 8-11, элементы И 1 2-1 5, элементы ИЛИ 16-19, формирователи 20 и 21 импульсов, КБ-триггеры 22 и 23, счетчики 24 и 25 по модулю п, реверсивный сдвиговый регистр 26, дешифратор 27, вход 28 обнуления, выходы 29 преобразователя, Кодовый диск 1 содержит одну разрядную дорожку 2 из 2 кванЙн тов с расположением двоичных градации на разрядной дорожке 2 таким образом,что 2 кодовых комбинаций любых ипоследовательных квантов х не повторяются по всей длине разрядной дорожки2. Например, на разрядной дорожке 2 кодового диска 1 нанесен код двоичной последовательности а,1, ь = 1,и+1,где двоичная последовательность а;представляет собой псевдослучайнуюпоследовательность максимальной длины с периодом М = 2 " -1, получаемуюс помощью и-разрядного сдвигового регистра с сумматорами по модулю два вцепи обратной связи, в которой к числу последовательно расположенных ий нулей добавлен ноль, Причем символам 1последовательности а;соответствуютактивные, а символам "0" - пассивныеучастки разрядной дорожки 2, равныепо величине кванту х разрядной дорож"ки 2 кодового диска 1. Дорожка 3 дисдруга по границам квантов. Считывающий элемент 6 дискретизации отсчета сдвинут вдоль дорожки 3 дискретизации отсчетов относительно считывающего элемента 4 разрядов на угловую величину 3 = шх, где ш = О, 1, 2,Считывающий элемент 4 дискретизации отсчета сдвинут по углу на величину ф,вв - (4 М + 1) в сторону отстах4,10 15 25 30 вания по фазе относительно считывающего элемента 6 дискретизации отсче- та, 1 = О, 1, 2 Считывающий элемент 5 разрядов, размещенный на разрядной дорожке 2 кодового диска 1, сдвинут в сторону отставания по фазе относительно считывающего элемента 4 разрядов на угловую величину С=хп, где и - число разрядовпреобразователя,.В преобразователе угол - код угловые сдвиги считывающего элемента 4 дискретизации отсчета относительно считывающего элемента 6 дискретизации отсчета, а также считывающего элемента 5 разрядов относительно считывающего элемента 4 разрядов выполнены в сторону отставания по фазе на угловые величины, К исоответственно, которые следует понимать как сдвиги считывающих элементов 5 и 4 относительно считывающих элементов 4 и 6 вдоль дорожек 2 и 3 кодового дискав одну и ту же сторону, например против хода часовой стрелки, при условии принятого возрастания кода на разрядной дорожке 2 кодового диска 1 в направлении хода часовой стрелки, сдвиг считывающего элемента 6 дискретизации отсчета вдоль дорожки 3 дискретизации отсчетов относительно считывающего элемента 4 разрядов на угловую величину 1 производится независимо от принятого возрастания кода.Способы получения псевдослучайных двоичных последовательностей максимальной длины (ПСДПМД) с периодом М = 2" -1 известны, Например, способ получения ПСДПМД при помощи сдвигового регистра с сумматорами по модулю два в цепи обратной связи для 1 (п с 40 пригоден для генерирования последовательностей с периодом М до 240 -1. Последовательность а;, д1,М+1 представляет собой также ПСДПМД с периодом М = 2 -1, в которойи к числу последовательно расположенных(и) нулей добавлен нуль, 1Рассмотрим преобразователь угол - код, выполненный трехразрядным (п=3).Для получения псевдослучайной двоичной последовательности максимальнойз длины (ПСДПМД) с периодом М = 2 -1 = 7 необходим примитивный многочлен Ь(х) третьей степени. Выбираем много- член Ь(х) = х +х+1. При получении соответствующей ПСДПМД необходимо использовать трехразрядный сдвиговый5 161939 регистр с сумматором ио модулю два в цепи обратной связи, где характер обратных связей определяется полиномом Ь(х). В данном примере трехразрядный сдвиговый регистр генерирует ПСДПМД с периодом М = 2 в 1,00101119Далее получаем последовательностьа где 1 = 1,8. Для этого к двум последовательно расположенным нулям (так как в данном случае п- = 3-1=2) ПСДПМД добавляем ноль. Таким образом, последовательность принимает вид а,1= = 00010111. Последовательность а; определяет число квантов разрядной 15 дорожки 2 кодового диска 1, которое в данном примере равно восьми. Отсю 360да величина кванта х = - 458Определяем угловую величину (, на которую должен быть смещен вдоль разрядной дорожки 2 считывающий элемент 5 разрядов относительно считывающего элемента 4 разрядов. В примере Со= х.и = 45 ХЗ = 135 . Таким образом,25 считывающий элемент 5 разрядов должен быть смещен вдоль разрядной дорожки,2 против хода часовой стрелки относительно считывающего элемента 4оразрядов на угол 135 . Теперь рассмот рим построение дорожки 3 дискретизации отсчетов. 1 Чаг дорожки 3 дискретизации отсчетов должен быть выполнен равным по величине кванту х = 45 о разрядной дорожки 2 и содержать равные по величине один активный и один пассивный участки.Преобразователь угол - код работает следующим образом.Рассмотрим сначала работу тракта 10 дискретизации отсчета, который включает в себя дорожку 3 дискретизации отсчетов, считывающие элементы 6 и 7дискретизации отсчета, пороговые элементы 10 и 11, формирователи 20 и 21 15 импульсов, элементы И 14 и 15.При вращении кодового диска 1 считывающие элементы 6 и 7 дискретизации отсчета могут находиться как над активным (на фиг.1 заштрихованы), так и 50 над пассивными (на фиг.1 не заштрихованы) участками дорожки 3 дискретизации отсчетов, При нахождении считывающих элементов 6 и 7 дискретизации отсчета над активными участками до рожки 3 дискретизации отсчетов с пороговых элементов 10 и 11 снимается высокий, а при нахождении считываю"щих элементов 6 и 7 дискретизации отсчета над пассивными участками дорожки 3 дискретизации отсчетов низкий потенциал напряжения (фиг,2 а, е). При этом формирователи 20 и 21 импульсов выдают на своих выходах импульсы в моменты прихода с порогового элемента 10 заднего и переднего фронтов сигнала соответственно (фиг.2 б, в,г,д) и соответствуют вращению кодового дискакак по ходу часовой стрелки (фиг. 2 в,д), так и против хода часовой стрелки (фиг.2 б,г), При вращении кодового диска 1 против хода часовой стрелки сигнал с порогового элемента 11 (фиг.2 б,е) разрешает прохождение импульсов с формирователя 20 импульсов через элемент И 15 (фиг.2 ж), а при вращении кодового диска 1 по ходу часовой стрелки сигнал с порогового элемента 11 (фиг.2 д,е) разрешает прохождение импульсов с формирователя 21 импульсов через элемент И 14 (фиг;2 з). Таким образом, импульсы с выходов элементов И 14 и 15 снимаются в моментыпрохождения считывающими элементами 4 и 5 разрядов центров квантов х разрядной дорожки 2 кодового диска 1.Рассмотрим работу преобразователя угол - код в целом, Перед началом работы преобразователя импульсом с входа 28 устанавливаются в нулевое сос тояние триггер 23 и через элементы ИЛИ 17 и 18 счетчики 24 и 25 по модулю и. При вращении кодового диска 1 против хода часовой стрелки импульса с выхода элемента И 15 начинают поступать на счетный вход счетчика 25 по модулю и,через элемент ИЛИ 18 - на вход установки в нулевое состояние счетчика 24 по модулю п,через элемент ИЛИ 16 - на тактовый вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 и на К-вход триггера 22. Первым импульсом с выхода элемента И 15 триггер 22 устанавливается в единичное состояние, и сигнал, соответствующий высокому уровню напряжения, с его прямого выхода начинает поступать на один вход элемента И 12 и на один из управляющих входов и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26,на второй управляющий вход которого поступает сигнал низкого уровня с инверсного выхода триггера 22, Одновременно при вращении кодового диска 1 против хода часовой стрелки сигналы, снимаемые считывающим элементом 4 разрядов с разрядной дорожки 2, в виде, высокого35 напряжения, соответствующего активным участкам разрядной дорожки 2, и низкого уровня напряжения, соответствующего пассивным участкам разрядной дорожки 2, через пороговый элемент 8 начинают поступать на другой вход элемента И 12 и далее через элемент И 12 на информационный вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26. По импульсам, которые подаются на так" товый вход п-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 с выхода элемента ИЛИ 16, информационные сигналы, поступающие на прямой вход п-разряд 5 ного реверсивного сдвигового регистра 26, начинают последовательно справа налево заполнять ячейки памяти празрядного реверсивного сдвигового регистра 26. После поступления и-го импульса с выхода элемента И 15 на счетный вход счетчика 15 по модулю п на его выходе появляется импульс, который через элемент ИЛИ 19 устанавливает триггер 23 в единичное состоя ние, и сигнал, соответствующий высокому уровню напряжения, с его прямого выхода начинает поступать на управляющий .вход дешифратора 27, после чего с дешифратора 27 может быть осу ществлен съем информационных сигналов об угловом положении кодового диска 1. После поступления и-го импульса на тактовый вход п-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 в нем фиксируется информация из единиц и нулей, соответствующая активным и пассивным участкам разрядной дорожки 2, причем кодовый диск 1 поворачивается при этом на угловую величину 40 Ц= х и. При дальнейшем вращении кодового диска 1 против хода часовой стрелки каждым последующим импульсом, поступающим на тактовый вход и-разрядного реверсивного сдвигового ре гистра 26, осуществляется сдвиг его содержимого на один разряд влево с одновременным поступлением информационных сигналов на прямой вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 в виде высокого или низкого уровня напряжения, которые соответствуют активному или пассивному участкам разрядной дорожки 2. При поступлении на тактовый вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 2655 2 тактов, начиная с п-го, в нем последовательно фиксируются 2 различныхисостояний, что соответствует полному обороту кодового диска 1, Дешифратор 27 после поступления на его разрешающий вход сигнала высокого уровня с прямого выхода триггера 23 осуществляет преобразование 2 различных кодовых комбинаций п-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 в выходной и-разрядный код, например обыкновенный двоичный код. Дешифратор 27 также последовательно с приходом тактовых импульсов на и-разрядный реверсивный сдвиговый регистр 26 преобразует кодовые комбинации регистра 26 в выходной код преобразователя,В случае трехразрядного преобразователя угол - код (см.линейную развертку кодового диска на фиг.1) после третьего такта работы при вращении кодового диска 1 против хода часовой стрелки в трехразрядном реверсивном сдвиговом регистре 26 фиксируется информация из трех сигналов низкого уровня в виде 000. При дальнейшем вращении кодового диска 1 в том же направлении в трехразрядном реверсивном сдвиговом регистре 26 последовательно фиксируются сигналы в виде кодовых комбинаций 001, 010, 101, 011, 111, 110, 100, 000, 001 Если в качестве дешифратора 27 в устройстве будет использовано постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), то кодовые комбинации, соответствующие .2 различным состояниям п-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26, будут являться адресами для ПЗУ, по которым в нем будут записаны коды (например, обыкновенный двоичный код), соответствующие различным угловым положениям кодового диска 1. Для трехразрядного преобразователя угол - код и преобразования угла поворота вала в обыкновенный двоичный код состояния трехразрядного реверсивного сдвигового регистра 26-000 соответствует информация, записанная в ПЗУ, состоянию 001- 001, 010-010, 101-011, 011-100, 111 - 101, 110-110, 100-111.При вращении кодового диска по ходу часовой стрелки импульсы с выхода элемента И 14 начинают поступать на счетный вход счетчика 24 по модулю и, через элемент ИЛИ 17 - на вход установки в нулевое состояние счетчика 25 по модулю и, через элемент ИЛИ 16 на тактовый вход п-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 и на К-вход триггера 22.Первым импульсом с выхода элемента И 14 триггер 22 устанавливается в нулевое состояние и сигнал, соответствующий высокому уровню напряжения, с егс инверсного выхода начинает посту 5 пать на второй вход элемента И 13 и второй управляющий вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26, на первый управляющий вход которого поступает сигнал низкого уровня напряжения с прямого выхода триггера 22. Одновременно при вращении кодового диска 1 по ходу часовой стрелки сигналы, снимаемые считывающим элементом 5 с разрядной дорожки 2, в виде высокого уровня напряжения, соответствующего активным участкам разрядной дорожки 2, и низкого уровня напряжения, соответствуюшего пассивным участкам разрядной дорожки 2, через пороговый элемент 9 начинает поступать на первый вход элемента И 13 и далее через элемент И 13 на реверсивный вход п-разрядного реверсивного сдвигового 25 регистра 26. По импульсам, которые подаются на тактовый вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра о 26 с выхода элемента ИЛИ 16 информационные сигналы, поступающие на реверсивный вход регистра 26, начинают последовательно слева направо заполнять ячейки памяти и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26, После поступления и-го импульса с выхода элемента И 14 на счетный вход счетчика 24 по модулю и на его выходе появляется импульс, который через элемент ИЛИ 1 9 устанавливает триггер 23 в единичное состояние и сигнал, соответст 40 вующий высокому уровню напряжения, с его прямого выхода начинает поступать на разрешающий вход дешифратора 27, после чего с дешифратора 27 может быть осуществлен съем информационных сигналов об угловом положении кодового диска 1После поступления на тактовый вход п-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 и-го импульса в нем фиксируется информация, состоящая из нулей и единиц, соответствую-щих активным и пассивным участкам разрядной дорожки 2, причем кодовый диск 1 повернется на угловую величину Ц = = хп. При дальнейшем вращении кодового диска 1 в направлении хода часо вой стрелки каждым последующим импульсом, поступающим на тактовый вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26, осуществляется сдвиг его содержимого на один разряд вправо с одновременным поступлением новых инФормационных сигналов на реверсивный вход и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26 в виде высокого или низкого уровня напряжения, которое соответствует активному или пассивному участку разрядной дорожки 2. При поступлении на тактовый вход празрядного реверсивного сдвигового регистра 26 2 тактов, начиная с п-го,пв нем последовательно зафиксируются П2 различных состояний, что соответствует полному обороту кодового дискаРассмотрим реверсивный режим работы преобразователя угол - код.При повороте кодового диска 1 на угловую величин тх,п цо ходу часовой стрелки или против хода часовой стрелки триггер 23 устанавливается в единичное состояние и сигнал, соответстьующий высокому уровню напряже- ния, с его прямого выхода поступает на разрешающий вход дешифратора 27, а в и-разрядном реверсивном сдвиговом регистре 26 содержится информация об угловом положении кодового диска 1 При изменении направления вращения кодового диска 1 первым же импульсом с выхода элемента И 14 или 15 происходит переключение триггера 22, При этом сигналом высокого уровня напряжения с его прямого или инверсного выхода осуществляется подключение к прямому или реверсивному входу п-разрядного сдвигового регистра 26 считывающего элемента 4 или 5 разрядов соответственно. Сигналы с прямого и инверсного выходов триггера 22 служат для организации реверсивного режима работы и-разрядного реверсивного сдвигового регистра 26. Таким образом, в преобразователе угол - код первые (п) тактов (квантов х) являются подготовительными, после чего может осуществляться любой из рассмотренных выше режимов работы преобразователя,Формула и з о б р е т е н и яПреобразователь угол - код, содержащий кодовый диск с разрядной дорожкой, выполненной в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности, первый и второй считывающие элементы разрядов, расположенные напро 1619398 12тив разрядной дорожки и установленные друг относительно друга на расстоянии пх, где и - разрядность преобразователя, а х - величина кванта преобразователя, два элемента И, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технологичности преобразователя, в него введены два считывающих элемента дискретизации отсчета,1 О два элемента И, два формирователя импульсов, четыре элемента ИЛИ, два ВБ-триггера, два счетчика по модулю и, реверсивный сдвиговый регистр, дешифратор, кодовый диск снабжен дорожкой дискретизации отсчетов, выполненный равномерно квантованной с периодом квантования х, разрядная дорожка выполнена в виде градаций псевдослучайной двоичной последовательности максимальной длины с периодом М = = 2 ф, в которой к числу последовательно расположенных инулей добавлен нуль, первый и второй считывающие элементы дискретизации отсчетов установлены против дорожки дискретизации отсчетов на расстоянии Ю = х- (41 + 1) друг от друга, где 1 = = 0,1,2, а первый считыва.ощий эле- З мент дискретизации отсчетов расположен относительно первого считывающего элемента разрядов на расстояниишх, где ш = 0,1,2, выходы первого и второго считывающих элемен 35 тов разрядов .соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым,и вторым информационными входами реверсивного сдвигового регистра, выход первого считывающего элемента дискретизации отсчетов соединен с входами первого и второго формирователей импульсов, выходы которых соеединены с и рвымивходамисоответственно третьего и четвертого элементов И, выход второгосчитывающего элемента дискретизацииотсчетов соединен с вторыми входамитретьего и четвертого элементов И,выход третьего элемента И соединен сБ-входом первого КБ-триггера, первымивходами первого и второго элементовИЛИ и счетным входом первого счетчика по модулю и, выход которого соединен с первым входом третьего элементаИЛИ, выход которого соединен с Бвходом второго КБ-триггеравыход которого соединен с управляющим входомдешифратора, выходы которого являютсявыходами преобразователя, выход четвертого элемента И соединен с К-входами первого КБ-триггера, вторым входом первого элемента ИЛИ, счетным входом второго счетчика по модулю и ипервым входом четвертого элементаИЛИ, выход которого соединен с обнуляющим входом первого счетчика по модулю п, вход обнуления преобразовате-.ля соединен с К-входом второго КБтриггера, вторым входом четвертогоэлемента ИЛИ и вторым входом второгоэлемента ИЛИ, выход которого соединенс обнуляющим входом второго счетчикапо модулю и, выход которого соединенс вторым входом третьего элемента ИЛИ,прямой выход первого КБ-триггера соединен с вторым входом первого элемента И и первым управляющим входом реверсивного сдвигового регистра, инверсный выход первого КБ-триггера соединен с вторым входом второго элемента И и вторым управляющим входом реверсивного сдвигового регистра, выходы которого соединены с информационными входами дешифратора, выход первого элемента ИЛИ соединен с тактовымвходом реверсивного сдвигового регистра.