Функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения

Устройство относится к области вычислительной техники и может быть использовано в автоматике и информационно-измерительной технике. Техническим результатом является повышение глубины контроля и достоверности выдаваемой преобразователем информации. Технический результат достигается за счет того, что преобразователь содержит два регистра, элемент НЕ, блок функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, два цифроаналоговых преобразователя, источник опорного напряжения, генератор импульсов, счетчик, два конденсатора, вычитающий усилитель, два модулятора, пороговый блок, два переключателя, два буферных повторителя, источник порогового напряжения, схема сравнения, D-триггер и формирователь эталонного кода, позволяющие за время импульса записи произвести контроль функционирования преобразователя с выдачей потребителю сигнала об исправной/неисправной его работе и, тем самым, в значительной степени повысить автономность, глубину контроля и достоверность выдаваемой преобразователем информации. 2 ил.

 

Ибзобретение относится к области вычислительной техники, в частности к преобразователям кода в напряжение, и может быть использовано в системах обработки данных.

Известен преобразователь код-напряжение, содержащий источник эталонного напряжения, резистивный делитель R-2R, транзисторные ключи и суммирующий усилитель (см. а.с. СССР №324704, кл. Н 03 К 13/03, 1970 г.).

Недостатком преобразователя являются невысокие точностные характеристики, большие аппаратурные затраты и отсутствие автономного контроля в процессе работы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения, принятый за прототип и содержащий (см. патент №2196383, кл. Н 03 М 1/66, 2001 г.) первый и второй регистры, информационные входы первого из которых являются входом задания кода угла преобразователя, информационные входы второго - подключены к шине нулевого потенциала, входы записи - объединены, соединены со входом "отключение выхода" первого регистра, входом элемента НЕ и является синхровходом преобразователя, а выходы - объединены и подключены ко входу блока функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первый и второй выходы которого подключены соответственно к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы которых объединены и подключены к выходу источника опорного напряжения, выход генератора импульсов подключен к счетному входу счетчика, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а второй - с управляющим входом второго ключа и со входом "прямой/инверсный" второго регистра, вход "отключение выхода" которого соединен со входом "разрешение счета" счетчика, с управляющими входами третьего и четвертого ключей и подключен к выходу элемента НЕ, входы первого и третьего ключей объединены и подключены к выходу первого цифроаналогового преобразователя, а выходы соединены соответственно с первым входом первого вычитающего усилителя и одной из обкладок первого конденсатора и вторым входом первого вычитающего усилителя и одной из обкладок третьего конденсатора, входы второго и четвертого ключей объединены и подключены к выходу второго цифроаналогового преобразователя, а выходы соединены соответственно с первым входом второго вычитающего усилителя и одной из обкладок второго конденсатора и вторым входом второго вычитающего усилителя и одной из обкладок четвертого конденсатора, вторые обкладки первого, второго, третьего и четвертого конденсаторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого и второго вычитающих усилителей подключены соответственно к информационным входам первого и второго модуляторов, выходы которых являются соответственно выходами синусного и косинусного напряжений преобразователя, а управляющие входы объединены и подключены к выходу порогового блока, вход которого является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя.

Недостатком преобразователя является отсутствие его автономного контроля в процессе работы и, как следствие, низкая достоверность выдаваемой преобразователем информации.

Цель изобретения - повышение глубины контроля и достоверности выдаваемой преобразователем информации.

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения, содержащий первый и второй регистры, информационные входы первого из которых являются входом задания кода угла преобразователя, входы записи - объединены, соединены со входом "отключение выхода" первого регистра, входом элемента НЕ и одновременно является синхровходом преобразователя, выход элемента НЕ подключен ко входу "отключение выхода" второго регистра и ко входу "разрешение счета" счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, выходы первого и второго регистров объединены и подключены ко входу блока функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первый и второй выходы которого подключены соответственно к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы которых объединены и подключены к выходу источника опорного напряжения, одни из обкладок первого и второго конденсаторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого и второго модуляторов являются соответственно выходами синусного и косинусного напряжений преобразователя, а управляющие входы объединены и подключены к выходу порогового блока, вход которого является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя, вычитающий усилитель, введены первый и второй переключатели, первый и второй буферные повторители, источник порогового напряжения, схема сравнения, D-триггер и формирователь эталонного кода, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, входы первого и второго переключателей подключены соответственно к выходам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, а управляющие входы объединены и подключены к выходу элемента НЕ, первые выходы первого и второго переключателей подключены соответственно ко входу первого буферного повторителя и к другой обкладке первого конденсатора и ко входу второго буферного повторителя и к другой обкладке второго конденсатора, выходы первого и второго буферных повторителей подключены соответственно к информационным входам первого и второго модуляторов, вторые выходы первого и второго переключателей подключены ко входам вычитающего усилителя, выход которого подключен к одному из входов схемы сравнения, другой вход которой подключен к выходу источника порогового напряжения, а выход - подключен к одному из входов D-триггера, другой вход которого подключен к выходу счетчика, а выход является выходом исправности преобразователя.

Структурная схема функционального преобразователя кода угла в синусно-косинусные напряжения представлена на Фиг.1, временные диаграммы его работы - на Фиг.2.

Функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения содержит первый 1 и второй 2 регистры, формирователь 3 эталонного кода, элемент НЕ 4, блок 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первый 6 и второй 7 цифроаналоговые преобразователи, источник 8 опорного напряжения, генератор 9 импульсов, счетчик 10, первый 11 и второй 12 переключатели, вычитающий усилитель 13, схема сравнения 14, источник 15 порогового напряжения, D-триггер 16, первый 17 и второй 18 конденсаторы, первый 19 и второй 20 буферные повторители, первый 21 и второй 22 модуляторы и пороговый блок 23.

Информационные входы первого 1 регистра являются входом задания кода угла преобразователя, информационные входы второго 2 регистра соединены с выходом формирователя 3 эталонного кода, входы записи первого 1 и второго 2 регистров объединены, соединены со входом "отключение выхода" первого 1 регистра, входом элемента НЕ 4 и является синхровходом преобразователя, выход элемента НЕ 4 соединен со входом "отключение выхода" второго 2 регистра, входом "разрешение счета" счетчика 10 и с управляющими входами первого 11 и второго 12 переключателей, выходы первого 1 и второго 2 регистров объединены и соединены со входом блока 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первый и второй выходы блока 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса соединены соответственно с цифровыми входами первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей объединены и соединены с выходом источника 8 опорного напряжения, выход генератора 9 импульсов соединен со счетным входом счетчика 10, выход первого 6 цифроаналогового преобразователя соединен со входом первого 11 переключателя, выход второго 7 цифроаналогового преобразователя соединен со входом второго 12 переключателя, первый выход первого 11 переключателя соединен со входом первого 19 буферного повторителя и одной из обкладок первого 17 конденсатора, первый выход второго 12 переключателя соединен со входом второго 20 буферного повторителя и одной из обкладок второго 18 конденсатора, другие обкладки первого 17 и второго 18 конденсаторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала преобразователя, выходы первого 19 и второго 20 буферных повторителей соединены соответственно с информационными входами первого 21 и второго 22 модуляторов, выходы первого 21 и второго 22 модуляторов являются соответственно выходами синусного и косинусного напряжений преобразователя, управляющие входы первого 21 и второго 22 модуляторов объединены и соединены с выходом порогового блока 23, вход порогового блока 23 является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя, вторые выходы первого 11 и второго 12 переключателей соединены со входами вычитающего усилителя 13, выход вычитающего усилителя 13 соединен с одним из входов схемы 14 сравнения, другой вход схемы 14 сравнения соединен с выходом источника 15 порогового напряжения, выход схемы 14 сравнения соединен с одним из входов D-триггера 16, другой вход D-триггера 16 соединен с выходом счетчика 10, а выход D-триггера 16 является выходом исправности преобразователя.

Функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения работает следующим образом.

Входной код угла Nвx.i, поступающий от внешнего устройства, по переднему фронту соответствующего сигнала записи Ci записывается в первый 1 регистр, по которому также во второй 2 регистр записывается значение кода, соответствующее углу α(эт.)=45°, из формирователя 3 эталонного кода. Одновременно по сигналу записи C_i, поступающего также на вход "отключение выхода" первого 1 регистра, его выходы устанавливаются в третье (высокоимпедансное) состояние, а по сигналу записи Ci, прошедшему через элемент НЕ 4 (Ci), выходы второго 2 регистра подключаются ко входу блока 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, а выходы первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей через первый 11 и второй 12 переключателей подключаются ко входам вычитающего усилителя 13. Так как на вход блока 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса поступает код угла, соответствующий углу α(эт.)=45°, на его первом и втором выходах будут сформированы коды углов: Nsinαi=45° и Ncosαi=45°соответственно, которые поступают на цифровые входы первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей соответственно, на аналоговые входы которых поступает напряжение U_ОП. от источника 8 опорного напряжения. Первый 6 и второй 7 цифроаналоговые преобразователи осуществляют операцию умножения опорного напряжения Uоп., приложенного к их аналоговым входам, на соответствующие коды, приложенные к их цифровым входам. В результате преобразования на выходах первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей получаем:

где Uоп. - опорное напряжение источника 8;

n - количество разрядов первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей.

Nsinαi=45° и Ncosαi=45° - соответственно коды синуса и косинуса угла α(эт.)=45°, сформированные блоком 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, которые поступают на входы вычитающего усилителя 13.

Так как при угле α(эт.)=45° значение кода синуса угла равно значению кода косинуса угла, и если при этом все устройства преобразователя работают исправно, значения напряжений на выходах первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей и соответственно на входах вычитающего усилителя 13, также должны быть равны, т.е.:

и тогда значение напряжения на выходе вычитающего усилителя 13 должно быть минимальным или равным нулю, т.е.:

Напряжение с выхода вычитающего усилителя 13 поступает на первый вход схемы 14 сравнения, на второй вход которой поступает небольшое по величине пороговое напряжение от источника 15 порогового напряжения. Если в результате сравнения величина напряжения на выходе вычитающего усилителя 13 меньше величины порогового напряжения, поступающего от источника 15, т.е.:

на выходе схемы 14 сравнения будет сформирован сигнал, соответствующий уровню "лог.0", что соответствует исправной работе преобразователя, а если в результате сравнения величина напряжения на выходе вычитающего усилителя 13 больше величины порогового напряжения, поступающего от источника 15, т.е.:

на выходе схемы 14 сравнения будет сформирован сигнал, соответствующий уровню "лог.1", что соответствует неисправной работе преобразователя.

По сигналу с выхода элемента НЕ 4 (Ci) включается режим пересчета счетчика 10, на счетный вход которого поступает частота с выхода генератора 9 импульсов. По сигналу со второго выхода счетчика 10 (см. Фиг.2) результат схемы 14 сравнения переписывается в D-триггера 16, который сохраняет и выдает во внешние устройства информацию об исправной/неисправной работе преобразователя.

В следующий момент времени, по окончанию сигнала записи Ci, преобразователь переходит в рабочий режим, т.е. выходы первого регистра подключаются ко входам блока 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, а по сигналу с выхода элемента НЕ 4 (Ci) выходы второго 2 регистра устанавливаются в третье (высокоимпедансное) состояние и выходы первого 6 и второго 7 цифроаналоговвых преобразователей через первый 11 и второй 12 переключатели соответственно подключаются ко входу первого 19 буферного повторителя и к одной из обкладок первого 17 конденсатора и ко входу второго 20 буферного повторителя и к одной из обкладок второго 18 конденсатора.

В соответствии со значением кода угла на входе блока 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, последний формирует на своих первом и втором выходах соответственно коды синуса и косинуса угла Nsinαi и Ncosαi, которые поступают на цифровые входы первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей, на информационные входы которых поступает опорное напряжение от источника 8 опорного напряжения. Первый 6 и второй 7 цифроаналоговые преобразователи осуществляют операцию умножения опорного напряжения Uоп., приложенного к их аналоговым входам, на соответствующие коды, приложенные к их цифровым входам. В результате преобразования на выходах первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей получаем:

где Uоп. - опорное напряжение источника 8;

n - количество разрядов первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей.

Nsinαi и Ncosαi - соответственно коды синуса и косинуса угла αi, сформированные блоком 5 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса.

Напряжения с выходов первого 6 и второго 7 цифроаналоговых преобразователей через первый 11 и второй 12 переключатели и через первый 19 и второй 20 буферные повторители соответственно поступают на входы первого 21 и второго 22 модуляторов, которые по сигналам с выхода порогового устройства 23, поступающих на их управляющие входы, формирует на своих выходах напряжения в виде меандра, пропорциональные синусу и косинусу угла.

Первый 17 и второй 18 конденсаторы служат для поддержания выходных напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла, на время сигнала записи (контроля исправной/неисправной работы преобразователя).

Таким образом, введение в функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения формирователя эталонного кода, первого и второго переключателей, первого и второго буферных повторителей, источника порогового напряжения, схемы сравнения и D-триггера позволяет повысить автономность, глубину контроля и достоверность выдаваемой преобразователем информации.

Функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения, содержащий первый и второй регистры, информационные входы первого из которых являются входом задания кода угла преобразователя, входы записи первого и второго регистров объединены и соединены со входом "отключение выхода" первого регистра, входом элемента НЕ и одновременно являются синхровходом преобразователя, выход элемента НЕ подключен ко входу "отключение выхода" второго регистра и ко входу "разрешение счета" счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, выходы первого и второго регистров объединены и подключены ко входу блока функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первый и второй выходы которого подключены соответственно к цифровым входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, аналоговые входы которых объединены и подключены к выходу источника опорного напряжения, одни из обкладок первого и второго конденсаторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала преобразователя, выходы первого и второго модуляторов являются соответственно выходами синусного и косинусного напряжений преобразователя, а управляющие входы объединены и подключены к выходу порогового блока, вход которого является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя, вычитающий усилитель, отличающийся тем, что в него введены первый и второй переключатели, первый и второй буферный повторители, источник порогового напряжения, схема сравнения, D-триггер и формирователь эталонного кода, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, входы первого и второго переключателей подключены соответственно к выходам первого и второго цифроаналоговых преобразователей, а управляющие входы объединены и подключены к выходу элемента НЕ, первые выходы первого и второго переключателей подключены соответственно ко входу первого буферного повторителя и к другой обкладке первого конденсатора и ко входу второго буферного повторителя и к другой обкладке второго конденсатора, выходы первого и второго буферных повторителей подключены соответственно к информационным входам первого и второго модуляторов, вторые выходы первого и второго переключателей подключены ко входам вычитающего усилителя, выход которого подключен к одному из входов схемы сравнения, другой вход которой подключен к выходу источника порогового напряжения, а выход подключен к одному из входов D-триггера, другой вход которого подключен к выходу счетчика, а выход является выходом исправности преобразователя.