SU1166147A1 - Функциональный преобразователь - Google Patents

Abstract

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий блок аналого-цифрового преобразовани , подключенный цифровым выходом к адресному входу первого блока пам ти, соединенного выходами разр дов с цифровым входом цифроаналогового преобразовател , подключенного выходом к первому входу выходного сумматора, второй вход которого . соединен с выходом цифроаналогового множительного блока, подключенного цифровым входом к выходам разр дов второго блока пам ти, а аналоговым входом - аналоговому выходу сигнала рассогласовани  блока аналогоцифрового преобразовани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  знакопеременных сигналов, в него введены счетчик, дешифратор нул , компараторы, усилитель, формирователи импульсов , триггер, элементы ИЛИ, ключ и блок выделени  модул  и знака входного сигнала, соединенный входом с шиной ввода аргумента преобразовател , выходом знака сигнала - со знаковыми разр дами адресных входов первого и второго блоков пам ти, а выходом модул  сигнала - с информационным входом блока аналого-цифрового преобразовани , подключенного входом начальной установки к шине задани  начальных условий преобразовател  и к входу haчальной установки счетчика, выходами прибавлени  и вычитани  единицы младшего разр да - к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, а аналоговым выходом сигнала рассогласовани  - к входу усилител , соединенного выходом с сигнальным входом ключа и с входом первого формировател  импульсов, подключенного выходом к третьему входу первого элемента ИЛИ, соединенного выходом с установочным входом триггера, вход обнулени  которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход - с управл ющим входом ключа, подключенного выходом к первым входам перi вого и второго компараторов, соединенных вторыми входами с шинами ввода разнопоСП л рных опорных напр жений, а выходами - соответственно с суммирующим и вычитающим входами счетчика, подключенного цифровым выходом к адресному входу второго блока пам ти, причем второй элемент ИЛИ соединен первым .входом с входом приведени  в исходное состо ние преобразовател , а вторым входом - с выходом дешифО5 ратора нул , подключенного входами к выС5 ходам разр дов первого блока пам ти, кроме его знакового разр да. 2. Преобразователь по п. 1, отличающий4 с  тем, что блок аналого-цифрового преобразовани  содержит узел вычитани , два компаратора, счетчик и цифроаналоговый , преобразователь, подключенный цифровым входом к выходам разр дов счетчика, а выходом - к первому входу узла вычитани , второй вход которого соединен с информационным входом блока аналого-цифрового преобразовани , а выход - с аналоговым выходом сигнала рассогласовани  блока аналого-цифрового преобразовани  и с первыми входами компараторов, подключенных вторыми входами к щинам ввода разнопол рных опорных напр жений, а вь1хода

Description

ми - соответственно к суммирующему и вычитающему входам счетчика, информационный вход и цифровой выход которого  вл ютс  соответственно входом начальной установки и цифровым выходом блока

аналого-цифрового преобразовани , а выходы компараторов  вл ютс  соответственно выходами прибавлени  и вычитани  единицы младщего разр да блока аналогоцифрового преобразовани .

1

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может найти при ,менение в гибридных вычислительных системах и в специализированных устройствах обработки информации.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  знакопеременных сигналов.

На фиг. 1 показана блок-схема функционального преобразовател ; на фиг. 2 - функциональна  схема блока аналого-цифрового преобразовани ; на фиг. 3 - функциональна  схема блока выделени  модул  и знака входного сигнала; на фиг. 4 - временна  диаграмма, по сн юща  работу преобразовател .

Функциональныйпреобразователь

(фиг. 1) содержит блок 1 выделени  модул  и знака входного сигнала, щину 2 ввода аргумента, выход 3 модул  сигнала блока 1, блок 4 аналого-цифрового преобразовани , информационный вход 5 блока 4, выход 6 знака сигнала блока 1, первый и второй блоки 7 и 8 пам ти, цифро-аналоговый преобразователь 9, дещифратор 10 нул , входной переключатель 11 знака эталонного напр жени  преобразовател  9, цифроаналоговый множительный блок 12, аналоговый выход 13 сигнала рассогласовани  блока 4, выходной сумматор 14, выходную щину 15 функционального преобразовател , цифровой выход 16 и вход 17 начальной установки блока 4, выходы прибавлени  18 и вычитани  19 единицы младщего разр да блока 4, первый элемент ИЛИ 20, первый формирователь 21 импульсов, усилитель 22, второй формирователь 23 импульсов, второй элемент ИЛИ 24, управл ющий вход 25 преобразовател , триггер 26, ключ 27, первый и второй компараторы 28 и 29, счетчик 30 и щину 31 задани  начальных условий преобразовател .

Блок 4 аналого-цифрового преобразовани  (фиг. 2) содержит компараторы 32 и 33, цифроаналоговый преобразователь 34, счетчик 35 и узел 36 вычитани .

Блок 1 выделени  модул  и знака входного сигнала (фиг. 3) содержит узел 37

выделени  модул  и усилитель-ограничитель 38.

Принцип работы функционального преобразовател  основан на преобразовании входного аналогового сигнала x(t) в гибридную форму. Значени  функции преобразовани  Y ЧХ-) и коэффициенты крутизны в узловых точках в цифровой форме предварительно занос тс  соответственно в блоки 7 и 8 пам ти. Значени  коэффициента

крутизны функции преобразовани  у f(x) в i-ой узловой точке на участке аппроксимации определ ют из выражени 

1(Х) .. /Д ХУ1

Дл  определени  знака приращени  лу условно принимают направление изменени  аргумента в правой полуплоскости в сторону «плюс бесконечности, а в левой полуплоскости - в сторону «минус бесконечнос™ В процессе работы блоком 4 осуществл етс  квантование по амплитуде входного аналогового сигнала с посто нным щагом. При этом формируютс  два управл ющих цифровых кода, по которым из блоков 7

и 8 пам ти извлекаютс  соответственно значени  функции преобразовани  и коэффициенты крутизны в узловых точках. Разность между текущим значением входной функции x(t) и ее значением в узловой точке на i-OM участке аппроксимации, представленна  в аналоговой форме, предназначена дл  интерпол ции двух соседних значений функции преобразовани  у Цх/) и У, f(xj-ti) с заданным коэффициентом крутизны к(х). Соответствующее интерполирующее аналоговое напр жение вырабатываетс  на выходе 13 блока 4.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состо нии по кодовой щине 31 в счетчик 35 блока 4 и в счетчик 30

0 заноситс  код начальных условий, пропорциональный начальному напр жению, подаваемому на щину 2 ввода аргумента.

С выходов счетчика 35 код начальных условий поступает на входы цифроаналогового преобразовател  34, на выходе которого формируетс  уравновешивающее аналоговое напр жение, равное входному. По адресу , задаваемому кодом начальных условий с цифрового выхода 16 блока 4, из блока 7 пам ти извлекают начальное значение функции преобразовани  Уо - f(0).

Информаци  в знаке напр жени , поступающего на шину 2 с выхода 6 блока 1, поступает на вход знакового разр да адреса блоков 7 и 8 пам ти. Дл  воспроизведени  напр жени  необходимой пол рности на выходе 15 устройства знаковый разр д числа блока 7 пам ти осуществл ет управление переключателем 11 преобразовател  9, который коммутирует к шине питани  преобразовател  9 эталонное напр жение соответствующей пол рности.

Рассмотрим работу преобразовател  при изменении аргумента в области положительных значений, начина  с нулевого значени  х(0) О в соответствии с диаграммой (фиг. 4).

При изменении в положительной области входного сигнала напр жение на выходе 3 блока I повтор ет входное, вследствие чего напр жение на знаковом выходе 6 блока 1 равно нулю. Этот нулевой потенциал, поступа  на вход знакового разр да адресных входов блоков 7 и 8 пам ти,осуществл ет обращение к адресам, соответствующим положительным значени м входного сигнала. В исходный момент времени счетчики 30 и 35, а также триггер 26 установлены в нулевое состо ние импульсным сигналом команды «исходное положение, подаваемым на вход 25, а на входе 5 блока 4 входное напр жение равно уравновешивающему с выхода цифроаналогового преобразовател  35. По нулевым кодам, хран щимс  в счетчиках 35 и 30, осуществл етс  соответственно считывание значени  функции преобразовани  у(о) из блока 7 пам ти и значени  коэффициента крутизны k(o) на данном участке аппроксимации из блока 8 пам ти. Цифровой код значени  функции Y(O) поступает на входы преобразовател  9, вследствие чего на выходе 15 преобразовател  формируетс  аналоговое напр жение исходного состо ни .

При изменении аргумента в положительной области, на выходе узла 36 вычитани  формируетс  напр жение положительной пол рности, равное разности между текущим значением аргумента и его значением в узловой точке. Это напр жение с выхода 13 блока 4 подаетс  на аналоговый вход цифроаналогового множительного блока 12; на цифровые входы которого поступает положительное значение коэффициента из блока 8 пам ти.

Следовательно, на выходе 15 происходит воспроизведение первого участка интерпол ции по закону

Y Y(O) +k(o) x(t) .

При выполнении услови 

и

Кз,-и,

on )

где Кзб коэффициент передачи узла 36; и, -напр жение на выходе 3 блока 1; ± UQ -опорное напр жение на компараторах 28, 29, 32, и 33, происходит срабатывание компаратора 32, при котором напр жена его выходе соответствует уровню логической единицы. По суммирующему входу в счетчик 35 заноситс  единичный код и осуществл етс  считывание значени  у f(x) из первой  чейки блока 7 пам ти.

Единичный уровень с выхода компаратора 32 через элемент ИЛИ 20 установит триггер 26 в единичное состо ние. В исходном состо нии триггер 26 был установлен в нулевое состо ние сигналом команды «Исходное положение со входа 25, вследствие чего -прохождение сигнала с выхода усилител  22 на сигнальные входы компараторов 28 и 29 было заблокировано закрытым ключом 27. Этим обеспечиваетс  задержка срабатывани  триггера 26, и соответственно , открывание ключа 27 непосредственно по завершению интерпол ции на первом участке аппроксимации.

Следовательно, на первом участке аппроксимации интерпол ци  осуществл етс  по исходным данным у(о) и k(o).

По единичному коду счетчика 35 блока 4 на выходе цифроаналогового преобразовател  34 формируетс  уравновешивающее напр жение Uj, равное входному, перевод щее компаратор 32 в исходное состо ние, и устройство переходит к следующему участку аппроксимации.

При возрастании напр жени  на выходе усилител  22 и выполнении условий

и К,«-Кгг(и. -UM ) о  ,

и, - УЗ. О,

где - коэффициент передачи усилител  22, произойдет срабатывание компаратора 28. По сигналу срабатывани  компаратора 28, поступающего на суммирующий вход счетчика 30, в последний заноситс  единичный код, по которому осуществл етс  считывание из блока 8 пам ти значени  коэффициента крутизны k(xi), т. е. начинаетс  воспроизведение второго участка интерпол ции по закону

у у, + k(xj- x(t)- х .

Так как значени  у,, k(Xj) и x(t) - xj положительны, то на выходе 15 происходит возрастание положительного напр жени . Усилитель 22, обладающий большим коэффициентом передачи, об1еспечивает срабатывание компаратора 28 и, следовательно, извлечение коэффициента K(XI) из блока 8 пам ти сразу же при превышении входным сигналом x(t) значени  напр жени  в узловой точкеXi , формирующегос  на выходе преобразовател  34 входного преобразовател  4. Этим осуществл етс  минимальна  задержка чтени  значени  k(xi) из блока 8 пам ти по отношению к извлечению значени  Vi из блока 7 пам ти. Аналогичным образом происходит работа преобразовател  на участке АВ диаграммы (фиг. 4) в плоть до того момента, когда функци  преобразовани  измен т знак крутизны (участок ВС). Отличие состоит в том, что коэффициент крутизны функции преобразовани  в узловых точках отрицателен, значени  приращени  AY,--k(x,- )(t) - х,0 и напр жение на выходе устройства убывает в положительной области. При уменьшении входного сигнала (участок CD) в положительной области напр жение на выходе узла 36 и усилител  22 становитс  отрицательным, уменьшение входного напр жени  регистрируетс  срабатыванием компараторов 29 и 33. При этом срабатывание компаратора 29 предшествует срабатыванию компаратора 33. Выбор большой величины коэффициента передачи усилител  22 обеспечивает срабатывание компаратора 29 непосредственно в момент уменьшени  входного сигнала по отношению к напр жению в узловой точке Xj, код которой находитс  в счетчике 35 блока 4. По сигналу срабатывани  компаратора 29 единичный код поступает на вычитающий вход счетчика 30, его содержимое уменьщаетс  на единицу и осуществл етс  считывание значени  коэффициента крутизны 1(Хв,) из блока 8 пам ти. Следовательно, при уменьшении входного сигнала в области положительных значений интерпол ции на m-1 участке аппроксимации осуществл етс  по закону Y (xjn.,) x(t) - х„ Так как величины k(xin.j) и x(t) - х на данном участке аппроксимации отрицательны , то при уменьшении входного напр жени  в положительной области на участке CD напр жение на выходе 15 возрастает. При выполнении условий Шб I - Кзб lUi -и„| Uon , и, - Uj4 О происходит срабатывание компаратора 33, единичный уровень напр жени  с его выхода поступает на вычитающий вход счетчика 35, код последнего уменьшаетс  на единицу и осуществл етс  считывание значени  функции из блока 7 пам ти. Одновременно происходит уравновешивание входного напр жени  по цепи; счетчик 35, цифроаналоговый преобразователь 34, неинвертируюший вход узла 36. Непосредственно после момента уравновешивани  происходит срабатывание компаратора 29, код счетчика 30 уменьшаетс  на единицу и из блока 8 пам ти извлекаетс  значение коэффициента k(Xa,2 ) Таким образом, интерпол ци  на следующем участке осуществл етс  по закону Y Ye,j+l(x.2) x(t) - . На участке DF диаграммы входной сигнал измен ет знак. При достижении входным сигналом значени  x(t) О происходит срабатывание компаратора 33 блока 4, в результате чего в счетчике 35 находитс  нулевой код. При этом сигналом с выхода дещифратора 10 нул  триггер 26 устанавливаетс  в нулевое состойние, блокиру  прохождение сигнала с выхода усилител  22 через ключ 27 на сигнальные входы компараторов 28 и 29. Таким образом, при переходе входного сигнала через нуль в область отрицательных значений в счетчике 30 также будет находитс  нулевой код. В отрицательной области входного напр жени  на знаковом выходе 6 блока 1 формируетс  уровень логической единицы , который, поступа  в знаковый разр д адресного регистра блоков 7 и 8 пам ти , осуществл ет обращение к значени м функции преобразовани  и коэффициентам крутизны в узловых точках, соответствующих отрицательным значени м входного сигнала. При этом на выходе вычитающего узла 36 блока 4 формируетс  напр жение положительной пол рности р случае возрастани  входного сигнала по модулю и отрицательной пол рности в случае его убывани  по модулю. В остальном устройство функционирует так же, как и в области положительных значений входного сигнала. Если же х(о) О, то по шине 31 задани  начальных условий значение х(о) заноситс  в счетчики 30 и 35, и в дальнейшем работа устройства аналогична той, котора  происходит при возрастании входного сигнала по модулю. Если же после задани  ненулевых начальных условий входное напр жение начинает уменьшатьс  по модулю, то отрицательное напр жение на выходе узла 36 усиливаетс  в Kjj раз усилителем 22, вследствие чего по сигналу срабатывани  формировател  21 триггер 26 устанавливаетс  в единичное состо ние. В результате этого по сигналу с выхода усилител  22 через открытый ключ 27 произойдет срабатывание компаратора 29, и код счетчика 30 уменьшитс  на единицу. Таким образом, на первом участке аппроксимации интерпол ци  будет происходить так же, как, например, на участке CD. Следовательно, при возрастании входного напр жени  по модулю функциональное преобразование осуществл етс  устройством по закону Y (X( ) (х - xj), а при убывании входного сигнала по модулю - по закону Y Yj + l(Xj-J(x - xi).

фиг.1 Таким образом, в рассмотренном функциональном преобразователе при возрастании сигнала ДХ на выходе 13 блока 4 по модулю работа устройства происходит аналогично известному устройству, однако при убывании этого сигнала по модулю в моменты перехода границ участков аппроксимации происходит выборка только коэффициентов интерпол ции /(, что позвол ет повысить точность преобразовани  сигналов за счет соответствующего исключени  скачков напр жени  на выходе преобразовател . Дополнительным преимуществом при этом  вл етс  возможность использовани  предлагаемого преобразовател  в составе след щих систем при обработке квазиустановивщихс  сигналов, близких границам участков аппроксимации. гОг -иэт.

V/

ол

16

35

78

13

i

Фиг. 2

37

Фиг.З

t/o .X

Claims (2)

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий блок аналого-цифрового преобразования, подключенный цифровым выходом к адресному входу первого блока памяти, соединенного выходами разрядов с цифровым входом цифроаналогового преобразователя, подключенного выходом к первому входу выходного сумматора, второй вход которого . соединен с выходом цифроаналогового множительного блока, подключенного цифровым входом к выходам разрядов второго блока памяти, а аналоговым входом — аналоговому выходу сигнала рассогласования блока аналогоцифрового преобразования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования знакопеременных сигналов, в него введены счетчик, дешифратор нуля, компараторы, усилитель, формирователи импульсов, триггер, элементы ИЛИ, ключ и блок выделения модуля и знака входного сигнала, соединенный входом с шиной ввода аргумента преобразователя, выходом знака сигнала — со знаковыми разрядами адресных входов первого и второго блоков памяти, а выходом модуля сигнала — с информационным входом блока аналого-цифрового преобразования, подключенного входом начальной установки к шине задания начальных условий преобразователя и к входу Начальной установки счетчика, выходами прибавления и вычитания единицы младшего разряда — к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, а аналоговым выходом сигнала рассогласования — к входу усилителя, соединенного выходом с сигнальным входом ключа и с входом первого формирователя импульсов, подключенного выходом к третьему входу первого элемента ИЛИ, соединенного выходом с установочным входом триггера, вход обнуления которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход — с управляющим входом ключа, подключенного выходом к первым входам первого и второго компараторов, соединенных вторыми входами с шинами ввода разнополярных опорных напряжений, а выходами — соответственно с суммирующим и вычитающим входами счетчика, подключенного цифровым выходом к адресному входу второго блока памяти, причем второй элемент ИЛИ соединен первым .входом с входом приведения в исходное состояние преобразователя, а вторым входом — с выходом дешифратора нуля, подключенного входами к выходам разрядов первого блока памяти, кроме его знакового разряда.

2. Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что блок аналого-цифрового преобразования содержит узел вычитания, два компаратора, счетчик и цифроаналоговый преобразователь, подключенный цифровым входом к выходам разрядов счетчика, а выходом — к первому входу узла вычитания, второй вход которого соединен с информационным входом блока аналого-цифрового преобразования, а выход — с аналоговым выходом сигнала рассогласования блока аналого-цифрового преобразования и с первыми входами компараторов, подключенных вторыми входами к шинам ввода разнополярных опорных напряжений, а выхода su„„ 1166147 ми — соответственно к суммирующему и вычитающему входам счетчика, информационный вход и цифровой выход которого являются соответственно входом начальной установки и цифровым выходом блока аналого-цифрового преобразования, а выходы компараторов являются соответственно выходами прибавления и вычитания единицы младшего разряда блока аналогоцифрового преобразования.