CN104753537B - 一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统及方法 - Google Patents

一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统及方法，使用数学积分的思路，通过设置转换频率、溢出阈值等参数，使用两个完全相同的积分器，分别对数字量输入数据的正负数进行积分，将数字量输入信号变换为均匀的双路脉冲量输出信号。适用于惯性系统，使得采用数字输出的新型的惯性产品能兼容传统的脉冲采集电路。

Description

一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统及方法，属于信号处理技术领域。
背景技术
随着航天产品的更新换代，很多控制系统需要改造，改造的一个重要方面就是更换新型的惯性产品已提高导航精度。传统的机械式惯性产品都采用电流信号输出的方式，因电流信号是模拟信号，无法被于计算机直接识别，为方便处理，通常采用I/F变换电路转换为双路脉冲信号的方式输出到计算机。因此传统的导航计算机产品都是脉冲输入接口，导航算法也是基于脉冲量累加的方式设计的。目前很多新型的惯性产品，如激光陀螺、MEMS陀螺、MEMS加速度计等都是直接数字量输出。为了使原有的控制系统能迅速适应新型的惯性产品，特提出一种简便的数字/脉冲转换方法。通过简单的加减法计算，即可以无精度损失地输出两路均匀的脉冲信号。
发明内容
本发明的技术解决问题为：克服现有技术不足，提供一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统及方法，根据数学积分的思路，解决了采用数字量输出的新型惯性产品不适应传统的惯性产品信号采集方案的问题。
本发明的技术解决方案为：一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统，包括参数设置模块、数据读入模块、正积分器和负积分器；正积分器和负积分器的结构相同；
参数设置模块，设定数据源的数字量输入频率Fi，即读入数字量N的频率，由数据源确定；设定最大输出频率Fo，使Fo在不小于系统要求的脉冲量频率的条件下，将Fo设置为Fi的整数倍；根据系统要求，设置脉冲当量K，即读入数字量与输出脉冲频率的对应关系；根据设置的Fo，设置输出脉冲的有效电平宽度为T，且满足2T<1/Fo；根据最大输出频率Fo和脉冲当量K，计算输出脉冲的溢出阈值M，公式如下：
M＝Fo/K；
数据读入模块，以设定的数据源的数字量输入频率Fi读入数字量N，判断该数字量的正负，若该数字量为正(0按正数处理)，将该该数字量送入正积分器，同时将负积分器的输入设置为零；
若该数字量为负，将该该数字量的绝对值送入负积分器，同时将正积分器的输入设置为零；
正积分器，根据设置的Fo为频率对读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于M，则将该积分结果减去M，正积分器输出一个有效电平的脉冲；
同时，负积分器，根据设置的Fo为频率对读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于M，则将该积分结果减去M，负积分器输出一个有效电平的脉冲。
一种用于惯性产品的数字/脉冲转换方法，包括参数确定阶段、和数据转换阶段；
所述参数确定阶段步骤如下：
(1)设定数据源的数字量输入频率Fi，即读入数字量N的频率，由数据源确定；
(2)设定最大输出频率Fo，使Fo在不小于系统要求的脉冲量频率的条件下，将Fo设置为步骤(1)的Fi的整数倍；
(3)根据系统要求，设置脉冲当量K，即读入数字量与输出脉冲频率的对应关系；
(4)根据步骤(2)设置的Fo，设置输出脉冲的有效电平宽度为T，且满足2T<1/Fo；
(5)根据步骤(2)的最大输出频率Fo和脉冲当量K，计算输出脉冲的溢出阈值M，公式如下：
M＝Fo/K；
所述数据转换阶段步骤如下：
(6)以步骤(1)设定的数据源的数字量输入频率Fi读入数字量N，判断该数字量的正负，若该数字量为正，将该该数字量送入正积分器，同时将负积分器的输入设置为零；
若该数字量为负，将该该数字量的绝对值送入负积分器，同时将正积分器的输入设置为零；
(7)正积分器根据步骤(2)设置的Fo为频率对步骤(6)的读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于步骤(5)的M，则将该积分结果减去M，正积分器输出一个有效电平的脉冲；
(8)进行步骤(7)的同时，负积分器根据步骤(2)设置的Fo为频率对步骤(6)的读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于步骤(5)的M，则将该积分结果减去M，负积分器输出一个有效电平的脉冲。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明以数据源的频率作为读入数字量N的频率，保留了数据源的实时性。
(2)本发明设定输出频率Fo为Fi的整数倍，使数据读入和积分运算可以在同步时钟的控制下进行，简化系统设计。
(3)本发明采用将积分计算结果减去溢出阈值M的方法，余量得以保留继续参与积分，完整保留了数据源的量化精度。
(4)本发明采用双积分器对输入数字量绝对值积分的方法，只涉及正整数的加法运算，使运算更简便。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明实施示例的输入数字量序列；
图3的(a)为采用本发明对图2所示的数字量序列进行转换得到的前0.2s正脉冲信号；图3的(b)为采用本发明得到的对图2所示的数字量序列进行转换得到的前0.2s负脉冲信号。
具体实施方式
本发明的基本思路为：提供一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统，对数字量输入信号进行循环积分，积分结果超出溢出阈值后即输出一个脉冲，同时减去此阈值，余数保留继续积分。则输出脉冲的频率即能表征输入数字量的大小。使用两个完全相同的积分器，分别对正数和负数进行转换，用以数字量输入的符号。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统及方法，包括参数设置模块、数据读入模块、正积分器和负积分器；正积分器和负积分器的结构相同；
参数设置模块，设定数据源的数字量输入频率Fi，即读入数字量N的频率，由数据源确定；设定最大输出频率Fo，使Fo在不小于系统要求的脉冲量频率的条件下，将Fo设置为Fi的整数倍；根据系统要求，设置脉冲当量K，即读入数字量与输出脉冲频率的对应关系；根据设置的Fo，设置输出脉冲的有效电平宽度为T，且满足2T<1/Fo；根据最大输出频率Fo和脉冲当量K，计算输出脉冲的溢出阈值M，公式如下：
M＝Fo/K；
数据读入模块，以设定的数据源的数字量输入频率Fi读入数字量N，判断该数字量的正负，若该数字量为正(0按正数处理)，将该该数字量送入正积分器，同时将负积分器的输入设置为零；
若该数字量为负，将该该数字量的绝对值送入负积分器，同时将正积分器的输入设置为零；
正积分器，根据设置的Fo为频率对读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于M，则将该积分结果减去M，正积分器输出一个有效电平的脉冲；
同时，负积分器，根据设置的Fo为频率对读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于M，则将该积分结果减去M，负积分器输出一个有效电平的脉冲。
一种用于惯性产品的数字与脉冲转换方法，包括参数确定阶段、和数据转换阶段；
所述参数确定阶段步骤如下：
(1)设定数据源的数字量输入频率Fi，即读入数字量N的频率，由数据源确定，此步骤未进行抽样，最大程度保留了数字量的实时性；
(2)设定最大输出频率Fo，使Fo在不小于系统要求的脉冲量频率的条件下，将Fo设置为步骤(1)的Fi的整数倍；这种方式易于在具体实现电路中使用同步时钟控制，降低设计难度。
(3)根据系统要求，设置脉冲当量K，即读入数字量与输出脉冲频率的对应关系；
(4)根据步骤(2)设置的Fo，设置输出脉冲的有效电平宽度为T，且满足2T<1/Fo，保证即使在最大输出频率下，前一个脉冲的后沿也能与后一个脉冲的前沿分开，避免脉冲混叠；
(5)根据步骤(2)的最大输出频率Fo和脉冲当量K，计算输出脉冲的溢出阈值M。对于输入值N，其转换为脉冲量后频率应为N·K，在t时间内脉冲个数为N·K·t；输入值N的总积分值为N·Fo·t，所以一个脉冲代表的积分值应为N·Fo·t/(N·K·t),即溢出阈值M的计算公式如下：
所述数据转换阶段步骤如下：
(6)以步骤(1)设定的数据源的数字量输入频率Fi读入数字量N，判断该数字量的正负，若该数字量为正，将该该数字量送入正积分器，同时将负积分器的输入设置为零；
若该数字量为负，将该该数字量的绝对值送入负积分器，同时将正积分器的输入设置为零；这种采用输出值赋0控制，积分器不间断工作的方式易于电路实现。
(7)正积分器根据步骤(2)设置的Fo为频率对步骤(6)的读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于步骤(5)的M，则将该积分结果减去M，正积分器输出一个有效电平的脉冲；避免积分值无限增加，可在使用有限的计数器实现，同时易于判断。
(8)进行步骤(7)的同时，负积分器根据步骤(2)设置的Fo为频率对步骤(6)的读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于步骤(5)的M，则将该积分结果减去M，负积分器输出一个有效电平的脉冲。
实施例1：
对输入范围-128～127，频率为100Hz的数字量进行数字/脉冲转换，要求脉冲当量10Hz/LSB，数字量输入序列为(30，-10，0，-50，100……)，如图2所示。设计图1所示数字/脉冲转换系统，转换方法步骤如下：
(1)数据读入频率Fi取数据源的输入频率，即100Hz；
(2)设定最大输出频率Fo。满量程输出频率应为1280Hz，为使Fo为Fi的整数倍且大于1280Hz，取Fo为2000Hz；
(3)按要求设置脉冲当量为10Hz/LSB，即数字量输入与脉冲量输出的对应关系为每个LSB对应10Hz输出频率；
(4)脉冲有效电平宽度T取0.1ms，满足2T<1/Fo，有效电平可取高电平，也可取低电平，此示例中取高电平；
(5)计算输出脉冲的溢出阈值M＝Fo/K＝200；
(6)对于图2所示的数字量输入序列(30，-10，0，-50，100……)，0时刻，读入数字量30，因30为正数，送入正积分器的输入端，同时将0送入负积分器的输入端；0.01s时刻，读入数字量-10，因-10为负数，负积分器的输入端更新为其绝对值10，同时将正积分的输入端更新为0，后续过程相同；
(7)正积分器以2000Hz的频率，即以0.0005ms为周期对输入量进行积分运算。0时刻第一次积分，积分值为30；到0.0005s时刻进行第二次积分，积分值增加至60，……直至0.003s时刻，正积分器完成7次积分，积分值为210。此时将积分值减去200，余数10留下参与下一周期的积分，同时输出一个脉冲，如图3上图所示。到0.0065s时刻，积分值到达220，再次输出一个脉冲，然后在0.0095s，积分值达到200，输出第三个脉冲，余数为0，在0.01s时刻，正积分器输入端更新为0，因此在下一次读入输入数据前，正积分器积分值一直为0，无脉冲输出；后续过程不再赘述。
(8)负积分器以2000Hz的频率，即以0.0005ms为周期对输入量进行积分运算。0.01s前，因输入为0，积分值一直为0，无脉冲输出；直到0.01s时刻负积分器输入端被更新为10，积分值变为10，0.0105s积分值增加为20，……直至0.0195s时刻，负积分器积分值增加至200，此时将积分值减去溢出阈值，余数为0，同时输出一个脉冲，如图3(a)和图3(b)下图所示。0.02s时刻，负积分器输入端更新为0，因此在下一次读入输入数据前，负积分器积分值一直为0，无脉冲输出。后续过程不再赘述。
至此，完成输出数字量转换为双路脉冲输出的过程，由图3(a)和图3(b)可知，当输入数字量为正数时，正积分器输出脉冲，当输入量为负数时，负积分器输出脉冲，且脉冲频率与数字量的绝对值成正比，比值即脉冲当量K。本发明的优势在于分两路脉冲分别表示正负数，输出脉冲均匀，脉冲特性与传统惯性产品一致，适用于新型惯性产品与计算机系统接口。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种用于惯性产品的数字与脉冲转换系统，其特征在于：包括参数设置模块、数据读入模块、正积分器和负积分器；正积分器和负积分器的结构相同；
参数设置模块，设定数据源的数字量输入频率Fi，即读入数字量N的频率，由数据源确定；设定最大输出频率Fo，使Fo在不小于系统要求的脉冲量频率的条件下，将Fo设置为Fi的整数倍；根据系统要求，设置脉冲当量K，即读入数字量与输出脉冲频率的对应关系；根据设置的Fo，设置输出脉冲的有效电平宽度为T，且满足2T<1/Fo；根据最大输出频率Fo和脉冲当量K，计算输出脉冲的溢出阈值M，公式如下：
M＝Fo/K；
数据读入模块，以设定的数据源的数字量输入频率Fi读入数字量N，判断该数字量的正负，若该数字量为正或0，将该该数字量送入正积分器，同时将负积分器的输入设置为零；
若该数字量为负，将该该数字量的绝对值送入负积分器，同时将正积分器的输入设置为零；
正积分器，根据设置的Fo为频率对读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于M，则将该积分结果减去M，正积分器输出一个有效电平的脉冲；
同时，负积分器，根据设置的Fo为频率对读入数字量或零进行积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于M，则将该积分结果减去M，负积分器输出一个有效电平的脉冲。
2.一种用于惯性产品的数字/脉冲转换方法，其特征在于包括参数确定阶段、和数据转换阶段；
所述参数确定阶段步骤如下：
(1)设定数据源的数字量输入频率Fi，即读入数字量N的频率，由数据源确定；
(2)设定最大输出频率Fo，使Fo在不小于系统要求的脉冲量频率的条件下，将Fo设置为步骤(1)的Fi的整数倍；
(3)根据系统要求，设置脉冲当量K，即读入数字量与输出脉冲频率的对应关系；
(4)根据步骤(2)设置的Fo，设置输出脉冲的有效电平宽度为T，且满足2T<1/Fo；
(5)根据步骤(2)的最大输出频率Fo和脉冲当量K，计算输出脉冲的溢出阈值M，公式如下：
M＝Fo/K；
所述数据转换阶段步骤如下：
(6)以步骤(1)设定的数据源的数字量输入频率Fi读入数字量N，判断该数字量的正负，若该数字量为正或0，将该该数字量送入正积分器，同时将负积分器的输入设置为零；
若该数字量为负，将该该数字量的绝对值送入负积分器，同时将正积分器的输入设置为零；
(7)正积分器根据步骤(2)设置的Fo为频率对步骤(6)的读入数字量或零进行循环积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于步骤(5)的M，则将该积分结果减去M，正积分器输出一个有效电平的脉冲；
(8)进行步骤(7)的同时，负积分器根据步骤(2)设置的Fo为频率对步骤(6)的读入数字量或零进行循环积分，并对积分结果进行判断，如果积分结果大于步骤(5)的M，则将该积分结果减去M，负积分器输出一个有效电平的脉冲。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106441265B (zh) * 2016-10-31 2019-04-09 北京控制工程研究所 基于双标度输出的d/f转换方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101416397A (zh) * 2006-03-31 2009-04-22 Nxp股份有限公司 数字信号转换器
CN101771412A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 南方医科大学 基于神经元工作原理的模数转换方法及装置
CN101770560A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 南方医科大学 模拟生物神经元信息处理机制的信息处理方法及装置
CN103281084A (zh) * 2013-04-25 2013-09-04 清华大学 数模转换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101416397A (zh) * 2006-03-31 2009-04-22 Nxp股份有限公司 数字信号转换器
CN101771412A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 南方医科大学 基于神经元工作原理的模数转换方法及装置
CN101770560A (zh) * 2008-12-31 2010-07-07 南方医科大学 模拟生物神经元信息处理机制的信息处理方法及装置
CN103281084A (zh) * 2013-04-25 2013-09-04 清华大学 数模转换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种新型数字-脉冲转换装置;庞洪利;《计算机仿真》;19921230(第4期);34-40,第1节第34页，第2节第36-38页，第4节第40页 *

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