SU1099386A1 - Стохастический многофункциональный преобразователь аналог-код - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к средства измерительной техники и может наПти применение в системах автоматическо го контрол  и управлени . Известен преобразователь с проме жуточным преобразованием во временной интервал, содержащий генератор пилообразного напр жени , первый и второй нуль-органы, ключ, счетчик и генератор импульсов l . В этом преобразователе за счет подключени  второго нуль-органа ис .ключаетс  погрешность от нестабильности начального уровн  пилообразного напр жени . Однако данное устройство не позвол ет одновременно производить преобразование аналоговых величин в коды с выполнением арифметических операций под этими величинами. Наиболее близким к предлагаемому устройству  вл етс  многофункциональный преобразователь аналог-код содержащий два нуль-органа, первые входы которых соединены с соответствующими входами устройства, а вто рые - с выходом генератора пилообразного напр жени , генератор импульсов , выход которого подключен к первым входам элементов И и к входу делител  частоты, выход которого соединен с первой клемг юй первого переключател  и через первую линию, задержки с входом генератора пилообразного напр жени  и первыми входами двух триггеров, вторые входы которых через второй и третий переключатели соедин ютс  с выходами первойи второй или второй и первой соответственно схем сравнени , входы двух элементов И соединены с пер вым выходом одного и вторым выходом другого триггера соответственно, а третьего элемента И - с вторыми выходами триггеров. Выходы элементов И соединены-с входами элемента ИЛИ, с третьим элементом ИЛИ дополнитель но через второй элемент задержки, промежуточный вывод которого соединен с входом счетчика кодов, дополнительные входы которого соединены с промежуточным выводом первого эле мента задержки, а выходы с первыми входами выходных вентилей, вторые входы КОТОРЫХ соединены со средней клеммой первого переключател , треть клемма которого подключена к выходу элемента ИЛИ 2 . В этом устройстве преобразование производитс  в трех режимах; преобра зование напр жение - код, преобразование напр жени  в код с возведением его в квадрат и преобразование двух напр жений с одновременным их перемножением. Недостатками прототипа  вл ютс  его .неоправданна  громоздкость, огра ниченность функциональных возможное тей, необходимость дополнительных накопителей дл  получени  результатов . Цель изобретени  - упрощение устройства с одновременным расширением его функциональных возможностей. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в стохастический многофункциональный преобразователь аналог - код, содержёшшй два нуль-органа, первые входы которых соединены с выходом генератора пилообразного напр жени , а второй вход первого нуль-органа с первым входом устройства, триггер, элементы И, ИЛИ, генератор импульсов , выход которого соединен с входом делител  частоты, счетчик и три переключател , введены частотно-импульсный модул тор, счетчик с переключаемым коэффициентом пересчета и преобразователь код - напр жение, причем выход генератора импульсов подключен к первому входу первого переключател , выход делител  частоты через второй переключатель подключен к входам установки нул  счетчиков и к входу генератора пилообразного напр жени  непосредственно, второй вход второго нуль-органа через третий переключатель подключен к второму входу устройства и к выходу преобразовател  код - напр жение, входы которого соединены с пёрвыгди выходами устройства и выходами счетчика , счетные входы на сложение и вычитание которого соединены с соответствующими выходами переполнени  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 переключател , второй вход которого подключен к выходу частотно-импульсного модул тора, вход которого подключен к третьему входу устройства, вторые входы первого и второго элементов И подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам первого нуль-органа, третьи входы первого И второго элементов И подключены соответственно к инверсному и пр мому выходам второго нуль-органа. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор импульсов (ГИ) 1, делитель частоты (ДЧ) 2, генератор пилообразного напр жени  (ГПН) 3 частотно-импульсный модул тор (ЧИМ) 4, нуль-органы (НО) 5 и 6, элементы И 7 и 8, реверсивный

счетчик 9 с переключаемым коэффициетим пересчета, реверсивный счетчик 10, преобразователь код-на,пр жение (ПКН) 11, триггер 12, элемент ИЛИ 13, переключатели (.П) 14 - 16, входы 17-19, а также выходы 20-23

В устройстве предусмотрена работ в следующих режимах,

В первом режиме устройство работает как преобразователь аналог код с ИКМ, При этом переключатели

14и 15 устанавливаютс  соответствено в положение Ь, Ь, переключатель 16 включен. На вход 18 устройства подключаетс  преобразуемое напр жение , а на вход 17 - некотора  посто нна  составл юща , заведомо меньша  минимального значени  измер емой Uj(U). Коэффициент пересчета реверсивного счетчика 9 устанавливаетс  равным 1. 3 начальный момент работы устройства элементы И 7 и 8 закрыты, так как на пр мых выходах НО 5 и 6 до момента срабатывани 

.имеютс  потенциалы высокого уровн , а на инверсных выходах - потенциалы низкого уровн . С приходом запускающего импульса с выхода ДЧ 2 срабатывает ГПН 3, и счетчик 10 устанавливаетс  в нулевое положение. В момент равенства значени  пилообразного напр жени  с посто нной составл ющей срабатывает НО 6, т.е. его -ВЫХОДЫ измен ют свое состо ние. На пр мом выходе, соединенном с входом элемента И 7, возникает высокий потенциал, открывающий этот элемент Начина  с этого момента сигналы с ГИ 1, проход  через переключатель

15и элемент И 7, ;1оступают на вход реверсивного счетчика 10, а также

на вход элемента ИЛИ 13. Прохождение импульсов с выхода ГИ 1 ч,ерез элемент И 7 продолжаетс  до момента равенства входной измер емой переменной , поступающей на вход 1В устройства , с нарастающим напр жением на выходе ГПН 3. В момент равенства этих напр жений срабатывает НО 5, т.е. выходы его мен ют свое состо ние, вызыва  закрытие элемента И 7 и прекраща  ДЕШьнейшее 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 кбличестве, эквивалентном амплитуде входного напр жени  после каждого запуска. По окончании времени нарастани  пилы НО 5 и 6 вновь переход т в первоначальное состо ние. Благодар  наличию посто нной составл ю ,щвй нелинейность начального участка пилы не вли ет на точность преобразовани . Последующие запуски ГПН 3 .и установки нул  Счетчика 10 производ тс  очередными сигналами с выхода ДЧ 2, и описанный процесс преобразовани  повтор етс .

Дл  получени  цифрового кода разности двух входных аналоговых сигналов на вход 17 устройства подаетс  перва , а на вход 18 - втора  переменна . Так как врем  между моментами

срабатывани  нуль-органов 5 и 6 про-, порционально разности амплитуд входных переменных, а очередность их срабатывани  определ ет знак этой разности , то в каждом такте преобразовани  с выхода триггера 12 снимаетс  знак, а с выхода элемента ИЛИ 13 снимаетс  код значени  разности двух входных переменных. Дл  работы устройства в режиме получени  ЦИФРОВОГО

кода произведени  входных аналоговых переменных переключатель 15 устанавливаетс  в положение 0(-. . а к входу ЧИМ 4 подключаетс  второе переменное напр жение, коэффициент пересчета

реверсивного счетчика 9 устанавливаетс  равным 256, т.е. разр дность счетчика 10 удваиваетс  за счет последовательного включени  еще одного счетчика. При этом сигналы с выхода ЧИМ 4 с частотой, пропорциональ- ной переменной на его входе, проходи через элемент И 7, открытый на врем , ч пропорциональное амплитуде второй переменной, поступают на вход удвоенного счетчика 9-10. Количество этих

импульсов эквивалентно произведению

текущих значений двух переменных в каждом такте преобразовани .. Очевидно , что дл  подключени  измер емой переменной на вход ЧИМ 4 и на вход

19 устройства в каждом такте преобразовани  в счетчиках 9-10 накапливаютс  цифровые значени  квадрата ВХОДН.ОЙ переменной. Выходами устройства при этом будут выходы 22 и 23.

Дл  работы устройства в режиме след щего преобразовани  переключарели 14 и 15 устанавливаютс  соответственно в положени  а и b , переключатель 16 отключен. На вход 18 устройства подключаетс  измер емое переменное напр жение. Коэффициент пере|счета реверсивного счетчика 9. уста|навливаетс  равным 1. В начале работы содержимое счетчика 10 равно .нулю , следовательно, компенсирующее напр жение на выходе ПКН 11 равно нулю. С приходом первого запускающего сигнала в счетчике 10 остаетс  количество импульсов, эквивалентное .входной измер емой переменной в

этом шаге измерени . Начина  с этого момента на вход НО 6 поступает компенсирующее напр жение, равное из

меренному в этом такте преобразовани . С приходом очередного импульса запуска новое .текущее значение

входной переменной сравниваетс  со значением компенсирующего напр жени , т.е. со своим предьщущим значением .

Таким образом,в каждом такте преобразовани  на вь7ходе И 7 или И 8 вырабатываютс  импульсы в количестве , пропорциональном разности между измер емым напр жением и компенсирующим напр жением, эквивалентным содержимому реверсивного счетчика 10 Эти импульсы, поступа  в реверсивный счетчик 10, измен ют его содержимое в соответствии с изменением значени  входного сигнала, т.е. с выхода 23 устройства снимаетс  цифровой код, соответствующий входной переменной , в этом режиме в каждом такте преобразовани  состо ние триггера 12 соответствует знаку разности между значением входного сигнала и его предыдущим значением. Благодар  этому устройство может быть использовано какпреобразователь аналог - код с дельта-модул цией.. Выходом при этом будет выход 20 устройства, на котором входна  аналогова  переменна  преобразуетс  в дельта-модулированный сигнал. В процессе преобразовани  на вход элемента ИЛИ 13 в каждом такте поступает количество импульсов, пропорциональное разности между текущим и предыду1тдим значени ми входного сигнала. Ввиду этогб в каждом такте преобразовани  с выхода 21 может сниматьс  количество импульсов, пропорциональное значению разности между текущим и предыдущим значени ми входной переменной , а с выхода 20 - знак этой разности , т.е. совместное использование выходов 20 и 21 дает возможность преобразовани  аналогового сигнала с дифференциально-импульсно-кодовой модул цией.

В режиме определени  цифрового значени  математического ожидани  входной переменной переключатели 14 и 15 устанавливаютс  соответственно в положени  а и Ъ , переключатель 16 отключаетс , а коэффициент пересчета реверсивного счетчика 9 устанавливаетс  в зависимости от частотных свойств входного .сигнала равным 8 512 .

В начале работы устройства счетчики 9 и 10 устанавливаютс  в нулевые состо ни . Устройство в каждом такте преобразовани  определ ет разность между напр жением, эквивалентным содержимому снетчика 10, и текущим значением входного сигнала. Так как вначале содерхшмое счетчика 10 равно нулю, то аналогично работе в предьлдущих режимах импульсы в количестве , пропорциональном первой разности, поступают на вход сложени  реверсивного счетчика 9. Переполнение этого счетчика и от импульсов на входе сложени  производит изменение содержимого счетчика 10.

Таким образом, когда содержимое счетчика 9 равно математическому ожиданию, на вход сложени  и вычитани  реверсивного счетчика 9 поступают нормально распределенные сигналы , не вызыва  его переполнен,и  и, следовательно, не измен   содержимого счетчика 10, выражаклцего цифровой эквивалент математического ожидани  Б ходн ой переме нн ой.

На практике в большинстве случаей .требуетс  центрирование входных сигналов . Дл  этого в начале работы описанным образом определ етс  значение математического ожидани  в .счетчике 10. Начина  с этого момента на входы НО б и 5 подаютс  соответственно компенсирующее напр жение, , эквивалентное значению математического ожидани , и входна  переменна , Ввиду того что врем  между моментами срабатывани  нуль-органов пропорционально разности между входным сигналом и его математическим ожиданием , количество импульсов, в каждом такте измерени  прошедшее.через элемент И 7 или 8 на вход счетчика 9 и элемента ИЛИ 13, пропорционально этой разности.

Использование данного устройства позвол ет совмещать функции, выполн емые несколькими устройствами, в одном устройстве вследствие чего сокращаютс  количество оборудовани  и материальные расходы, требующиес  дл  автоматизации обработки экспериментальных данных.

Claims (1)

1. СТОХАСТИЧЕСКИЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ 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 импульсоввыход которого 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, первый неподвижный контакт которого соединен с вторым входом устройства, а ςτοрой 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 Н 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-органа, третьи входы первого и вто^ого элементов И подключены соответственно к инверсному и прямому выходом второго нуль-органа.

   >

   первый и счетчик и за счет