Стохастический многофункциональный преобразователь аналог- код

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11) 3(д!) H 03 К 13/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3524669/18-21 (22) 28.09.82 (46) 23.06.84. Бюл. М-23 (72) Т.A.Àëèåâ и P,Ì.Kàñóìoâ (71) Институт кибернетики AH АЗССР (53) 681.325(088.8) (56) 1. Основы построения автомати-. зированных систем контроля сложных ответов, Под ред. П.И.Кузнецова.

М., "Энергия", 1969, c,272,ðèc.8-2 °

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 511695, кл. Н 03 К 13/17, 1973 (прототип). (54)(57) СТОХАСТИЧЕСКИЙ МНОГОФУНКUH0HAJIbHbIA ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГКОД, содержащий два нуль-органа,первые входы которых соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, а второй вход первого нульоргана. — с первым входом устройства, триггер, два элемента И и элемент

ИЛИ, генератор импульсов, выхОд ко.торого соединен с .входом делителя частоты, счетчик и три переключателя, отличающийся тем, .что, с целью упрощения устройства и расширения функциональных возможностей путем получения кода произведения, в него введены частотноимпульсный модулятор, счетчик с переключаемым коэффициентом пересчета и преобразователь код-напряжение, причем выход генератора импульсов подключен к первому входу первого переключателя, выход делителя частоты через второй переключатель подключен к входам установки нуля счетчиков и к входу генератора пилообразного напряжения непосредственно, второй вход второго нуль-органа соединен с подвижным контактом третьего переключателя. первь)й неподвижный контакт которого соединен с вторым входом устройства, а второй неподвижный контакт — с выходом преобразователя код-напряжение, вхо-. ды которого соединены с первыми выходами устройства и выходами счетчика, счетные входы которого на сложение и вычитание соединены с соответствующими выходами переполнения счетчика с переключаемым коэффициентом пересчета, выходы которого соединены с вторыми выходами устройства, а счетные входы подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, к первому и второму входам триггера и элемента

ИЛИ, выходы триггера и элемента ИЛИ соединены соответственно с третьим и четвертым выходами устройства, первые входы элементов И соединены с выходом первого переключателя, второй вход которого подключен к выходу частотно-импульсного модулято ра, вход которого подключен к третьему входу устройства, вторые входы первого и второго элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого нуль-оргайа, третьи входы первого и второ- го элементов И подключены соответственно к инверсному и прямому выходам второго нуль-органа.

1099386

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может найти применение в системах автоматического контроля и управления.

Известен преобразователь с промежуточным преобразованием во временной интервал, содержащий генератор пилообразного напряжения, первый и второй нуль-органы, ключ, счетчик и генератор импульсов (1) .

В этом преобразователе за счет подключения второго нуль-органа ис.ключается погрешность .от нестабильности начального уровня пилообразного напряжения. Однако данное устройство не позволяет одновременно производить преобразование аналоговых величин в коды с выполнением арифметических операций под этими величинами.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многофункциональный преобразователь аналог-код, содержащий два нуль-органа, первые входы которых соединены с соответствующими входами устройства, а втоРые — с выходом генератора пйлообразного напряжения, генератор импульсов, выход которого подключен к первым входам элементов И и к входу делителя частоты, выход которого соединен с первой клеммой первого переключателя и через первую линию, задержки с входом генератора пилообразного напряжения и первыми входами двух триггеров, вторые входы которых через второй и третий переключатели соединяются с выходами первой и второй или второй и первой соответственно схем сравнения, входы двух элементов И соединены с первым выходом одного и вторым выходом другого триггера соответственно, а третьего элемента И вЂ” с вторыми выходами триггеров. Выходы элементов

И соединены с входами элемента ИЛИ, с третьим элементом ИЛИ дополнительно через второй элемент задержки, промежуточный вывод которого соединен с входом счетчика кодов, дополнительные входы которого соединены с промежуточным выводом первого элемента задержки, а выходы с первыми входами выходных вентилей, вторые входы которых соединены со средней клеммой первого переключателя, третья клемма которого подключена к выходу элемента ИЛИ )2) .

В этом устройстве преобразование производится в трех режимах: преобразование напряжение — код, преобразование напряжения в код с возведением его в квадрат и преобразование, двух напряжений с одновременным их перемножением.

Недостатками прототипа являются

его неоправданная громоздкость, ограниченность функциональных возможностей, необходимость дополнительных накопителей для получения результатов, Цель изобретения — упрощение устройства с одновременным расширением

его функциональных воэможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в стохастический многофункциональный преобразователь аналог — код, содержащий два нуль-органа, первые входы которых соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, а второй вход первого нуль-органа— с первым входом устройства, триггер, элементы И, ИЛИ, генератор импульсов выход которого соединен с вхо( дом делителя частоты, счетчик и три переключателя, введены частотно-импульсный модулятор, счетчик с переключаемым коэффициентом пересчета и преобразователь код — напряжение, причем выход генератора импульсов подключен к первому входу первого переключателя, выход делителя частоты через второй переключатель подключен к входам установки нуля счетчиков и к входу генератора пилообразного напряжения непосредственно, второй вход второго нуль-органа через третий переключатель подключен к второму входу устройства и к выходу преобразователя код — напряжение, входы которого соединены с первыми выходами устройства и выходами счетчика, счетные входы на сложение и вычитание которого соединены с соответствующими выходами переполнения счетчика с переключаемым коэффициентом пересчета, выходы которого соединены с вторыми выходами устройства, а счетные входы подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, к первому и второму входам триггера и элемента ИЛИ, выходы триггера и элемента ИЛИ сое5

30.

4О динены соответственно с третьим и четвертым выходами устройства, первые входы элементов И соединены с выходом первого переключателя, вто рой вход которого подключен к выходу частотно-импульсного модулятора, вход которого подключен к третьему входу устройства. вторые входы первого и второго элементов И подключены соответственно к прямому и инверсному выходам первого нуль-органа, третьи входы первого и второго элементов И подключены соответственно к инверсному и прямому выходам второго нуль-органа.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор импульсов (ГИ) 1, делитель частоты (ДЧ) 2, генератор пилообразного на-пряжения (ГПИ) 3, частотно-импульсный модулятор (ЧИХ) 4, нуль-.органы (НО)

5 и 6, элемеиты И 7 и 8, реверсивный

1099386 счетчик 9 с переключаемым коэффициен том пересчета, реверсивнь|й счетчик 10, преобразователь код-напряжение (ПКН) 11, триггер 12, элемент

ИЛИ 13, переключатели (П) 14 — 16, входы 17 — 19, а также выходы 20-23. зования. Последующие запускн ГПН 3 и установки нуля счетчика 10 производятся очередными сигналами с выхода

ДЧ 2, и описанный процесс преобразования повторяется. для получения цифрового кода разности двух входных аналогОвых сигналов на вход 17 устройства подается первая, а на вход 18 — вторая переменная. ак как время между моментами

10 срабатывания нуль-органов 5 и 6 про-, порционально разности амплитуд входных переменных, а очередность их срабатывания определяет знак этой разности, то в каждом такте преобразоl5 вания с выхода триггера 12 снимается знак, а с выхода элемента ИЛИ 13 снимается код значения разности двух входных переменных. Для работы устройства в режиме получения ци фрового кода произведения входных аналоговых переменных переключатель 15 устанавливается в положение а . а к входу

ЧИМ 4 подключается второе переменное напряжение, коэффициент пересчета

25 реверсивного счетчика 9 устанавливается равным 256, т.е. разрядность счетчика 10 удваивается за счет последовательного включения еще одного счетчика. При этом сигналы с выхода ЧИМ 4 с частотой, пропорциональной переменной на его входе, проходя через элемент И 7, открытый на время, пропорциональное амплитуде второй переменной, поступают на вход удвоенного счетчика 9-10. Количество этих

35 импульсов эквивалентно произведению текущих значений двух переменных в каждом такте преобразования.. Очевидно, что для подключения измеряемой переменной на вход ЧИМ 4 и на вход

40 19 устройства в каждом такте преобразования в счетчиках 9-10 накапливаются цифровые значения квадрата входной переменной. Выходами устройства при этом будут выходы 22 и 23.

45 Для работы устройства в режиме следящего преобразования переключа тели 14 и 15 устанавливаются соответ ственно в положения а и Ь, переключатель 16 отключен. На вход 18 уст50 ройства подключается измеряемое переменное напряжение. Коэффициент пере счета реверсивного счетчика 9, уста1 навливается равным 1, В начале работы содержимое счетчика 10 равно,нулю, следовательно, компенсирующее напряжение на выходе ПКН 11 равно нулю. С приходом первого запускающего сигнала в счетчике 10 остается количество импульсов, эквивалентное .входной измеряемой переменной в этом. шаге измерения. Начиная с этого момента на вход HO б поступает компенсирующее напряжение, равное из меренному в этом такте преобразования. С приходом очередного импуль-В первом режиме устройство работает как преобразователь аналог— код с ИКМ. При этом переключатели

14 и 15 устанавливаются соответственно в положение b, Ъ, переключатель

16 включен, На вход 18 устройства подключается преобразуемое напряжение, а на вход 17 — некоторая постоянная составляющая, заведомо меньшая минимального значения измеряемой О И). Коэффициент пересчета реверсивного счетчика 9 устанавливается равным 1. 3 начальный момент работы устройства элементы И 7 и 8 закрыты, так как на прямых выходах

НО 5 и 6 до момента срабатывания ..имеются потенциалы высокого уровня, а на инверсных выходах — потенциалы низкого уровня. С приходом запускающего импульса с выхода ДЧ 2 срабатывает ГПН 3, и счетчик 10 устанавливается в нулевое положение. В момент равен тва значения пилообразного напряжения с постоянной составляющей срабатывает HO 6, т.е. его .выходы изменяют свое состояние. На прямом выходе, соединенном с входом элемента И 7, возникает высокий потенциал, открывающий этот элемент, Начиная с этого момента сигналы с

ГИ 1, проходя через переключатель

15 и элемент И 7, .оступают на вход реверсивного счетчика 10, а также на вход элемента ИЛИ 13. Прохождение импульсов с выхода ГИ 1 через элемент И 7 продолжается до момента равенства входной измеряемой переменной, поступающей на вход 18 устройства, с нарастающим напряжением на выходе ГНН 3. В момент равенства этих напряжений срабатывает НО 5, т.е. выходы его меняют свое состояние, вызывая закрытие элемента И 7.и прекращая дальнейшее Поступление сигналов с выхода ГИ .1 на вход элемента

ИЛИ и реверсивного счетчика 10. Очевидно, такое функционирование устройства обеспечивает прохождение в реверсивный счетчик 10 и на вход элемента ИЛИ 13 импульсов с ГИ 1 в количестве, эквивалентном амплитуде

:входного напряжения после каждого запуска. По окончании времени нарастания пилы НО 5 и б вновь переходят. в первоначальное состояние. Благодаря наличию постоянной составляю-щей нелинейность начального участка пилы не влияет на точность преобра65

В устройстве предусмотрена работа в следующих режимах, са запуска новое .текущее значение

109938á входной переменной сравнивается со значением компенсирующего напряжения, т.е. со своим предыдущим значением.

Таким образом,в каждом такте преобразования на выходе И 7 или И 8 вырабатываются импульсы в количестве, пропорциональном разности между измеряемым напряжением и компенсирующим напряжением, эквивалентным содержимому реверсивного счетчика 10, 10

Эти импульсы, поступая в реверсивный счетчик 10, изменяют его содержимое в соответствии с изменением значения входного сигнала, т.е. с выхода 23 устройства снимается цифр вой 15 код, соответствующий входной переменной. В этом режиме в каждом такте преобразования состояние триггера

12 соответствует знаку разности между значением входного сигнала и его 2О предыдущим значением. Благодаря этому устройство может быть использовано как преобразователь аналог — код с дельта-модуляцией. Выходом при этом будет выход 20 устройства, на 25 котором входная аналоговая переменная преобразуется в дельта-модулированный сигнал, В процессе преобразования на вход элемента ИЛИ 13 в каждом такте поступает количество импульсов, пропорциональное разности между текущим и предыдущим значениями входного сигнала, Ввиду этого в каждом такте преобразования с выхода 21 может сниматься количество импульсов, пропорциональное значению разности между текущим и предыдущим значениями входной переменной, а с выхода 20 — знак этой разности, т.е, совместное использование выходов 20 и 21 дает возможность 4О преобразования аналогового сигнала с дифференциально-импульсно-кодовой модуляцией.

В режиме определения цифрового значения математического ожидания 45 входной переменной переключатели 14 и 15 устанавливаются соответственно в положения и и Ь переключатель 16 отключается, а коэффициент пересчета реверсивного счетчика 9 устанав- Я) ливается в зависимости от частотных свойств входного, сигнала равным 8

512.

В начале работы устройства счетчики 9 и 10 устанавливаются в нулевые состояния ° Устройство в каждом такте преобразования определяет разность между напряжением, эквивалентным содержимому счетчика 10, и текущим значением входного сигнала.

Так как вначале содержимое счетчика

10 равно нулю, то аналогично работе в предыдущих режимах импульсы в количестве, пропорциональном первой разности, поступают на вход сложения реверсивного счетчика 9. Переполнение этого счетчика и от импуль-, сов на входе сложения производит изменение содержимого счетчика 10.

Таким образом, когда содержимое счетчика 9 равно математическбму ожиданию, на вход сложения и вычитания реверсивного счетчика 9 поступают нормально распределенные сигналы, не вызывая его переполнения и, следовательно, не изменяя содержимого счетчика 10, выражающего цифровой

Ф эквивалент математического ожидания входной переменной.

На практике в большинстве случаев требуется центрирование входных сигналов. для этого в начале работы описанным образом определяется значение математического ожидания в счетчике 10, Начиная с этого момента на входы НО б и 5 подаются соответственно компенсирующее напряжение, эквивалентное значению математического ожидания, и входная переменная, Ввиду того что время между моментами срабатывания нуль-органов пропорционально разности между входным сигналом и его математическим ожиданием, количество импульсов, в каждом такте измерения прошедшее. через эле-. мент И 7 или 8 на вход счетчика 9 и элемента ИЛИ 13, пропорциона ьно этой разности.

Использование данного устройства позволяет совмещать функции, выполняемые несколькими устройствами, в одном устройетве вследствие чего сокращаются количество оборудования и материальные расходы, требующиеся для автоматизации обработки экспериментальных данных.

1 09938Г>

Составитель И.Дягель

Редактор М,Циткина ТехредЛ.Микеш . КоРРектор Г. Решетник

Ю

1аказ 4383/43 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитЕта СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,. 4