Патент на изобретение №2196383

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА УГЛА В СИНУСНО-КОСИНУСНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматике и информационно-измерительной технике. Техническим результатом является повышение точности преобразования и расширение функциональных возможностей преобразователя. Устройство содержит два цифроаналоговых преобразователя, источник опорного напряжения, четыре накопительных элемента, выполненных на конденсаторах, генератор импульсов, счетчик, элемент НЕ, два регистра, блок функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, четыре ключа, два вычитающих усилителя, два модулятора и пороговый блок. 2 ил.

Изобретение 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 и большие аппаратурные затраты.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь код-напряжение, содержащий (см. патент 1826837, кл. Н 03 М 1/66, 1991 г.) цифроаналоговый преобразователь, вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, цифровые входы подключены к выходу оперативного запоминающего устройства, а выход подключен к информационному входу N-канального коммутатора с дешифратором, выходы которого с первого по n-ый соединены с соответствующими входами буферных повторителей и первыми обкладками конденсаторов, вторые обладки которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, выходы буферных повторителей являются соответственно выходной шиной преобразователя, информационный вход оперативного запоминающего устройства является первой входной шиной преобразователя, а адресный вход объединен с первым управляющим входом N-канального коммутатора с дешифратором и подключен к выходу счетчика, информационный вход которого является второй входной шиной преобразователя, а вход “разрешение установки” объединен с входом элемента НЕ и является третьей входной шиной преобразователя, выход элемента НЕ соединен с входом “разрешение счета” счетчика, входом записи оперативного запоминающего устройства и вторым управляющим входом N-канального коммутатора с дешифратором, выход генератора импульсов соединен со счетным входом счетчика и входом считывания оперативного запоминающего устройства.

Недостатком преобразователя являются низкая точность, обусловленная смещением и дрейфом нуля в тракте цифроаналогового преобразования, а также его ограниченные функциональные возможности.

Цель изобретения – повышение точностных характеристик преобразователя и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь код-напряжение, содержащий первый цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, четыре накопительных элемента, выполненных на конденсаторах, одни из обкладок которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, вход “разрешение счета” которого подключен к выходу элемента НЕ, вход которого подключен к синхровходу преобразователя, введены второй цифроаналоговый преобразователь, блок функционального преобразователя кода угла в код синуса и косинуса, первый, второй третий и четвертый ключи, первый и второй вычитающие усилители, первый и второй модуляторы, пороговый блок, 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 и соединены со входом отключения выхода первого регистра и входом элемента НЕ, 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, аналоговый вход второго из которых соединен с аналоговым входом первого цифроаналогового преобразователя, первый выход счетчика соединен о управляющим входом первого ключа, а второй выход – с управляющим входом второго ключа и со входом “прямой/инверсный” второго регистра, вход отключения выхода которого соединен 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 другой обкладкой первого конденсатора и вторым входом первого вычитающего усилителя и другой обкладкой 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 другой обкладкой второго конденсатора и вторым входом второго вычитающего усилителя и другой обкладкой четвертого конденсатора, 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.

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, элемент НЕ 3, блок 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первый 5 и второй 6 цифроаналоговые преобразователи, источник 7 опорного напряжения, генератор 8 импульсов, счетчик 9, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 ключи, первый 14, второй 15, третий 16 и четвертый 17 конденсаторы, первый 18 и второй 19 вычитающие усилители, первый 20 и второй 21 модуляторы, пороговый блок 22.

Информационные входы первого 1 регистра являются входом задания кода угла преобразователя, информационные входы второго 2 регистра подключены к шине нулевого потенциала, входы записи первого 1 и второго 2 регистров объединены, соединены со входом отключения выхода первого 1 регистра, входом элемента НЕ 3 и являются синхровходом преобразователя, выход элемента НЕ 3 соединен со входом отключения выхода второго 2 регистра, управляющими входами третьего 12 и четвертого 13 ключей и входом “разрешение счета” счетчика 9, выход генератора 8 импульсов соединен со счетным входом счетчика 9, первый выход счетчика 9 соединен с управляющим входом первого 10 ключа, второй выход счетчика 9 соединен с управляющим входом второго 11 ключа и входом “прямой/инверсный” второго 2 регистра, выходы первого 1 и второго 2 регистров объединены и соединены со входом блока 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, выход источника 7 опорного напряжения соединен с аналоговыми входами первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей, цифровые входы первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, выход первого 5 цифроаналогового преобразователя соединен со входами первого 10 и третьего 12 ключей, выход второго 6 цифроаналогового преобразователя соединен со входами второго 11 и четвертого 13 ключей, выход первого 10 ключа соединен с первым входом первого 18 вычитающего усилителя и одной из обладок первого 14 конденсатора, выход третьего 12 ключа соединен со вторым входом первого 18 вычитающего усилителя и одной из обкладок третьего 16 конденсатора, выход второго 11 ключа соединен с первым входом второго 19 вычитающего усилителя и одной из обкладок второго 15 конденсатора, выход четвертого 13 ключа соединен со вторым входом второго 19 выпитающего усилителя и одной из обкладок четвертого 17 конденсатора, другие обкладки первого 14, второго 15, третьего 16 и четвертого 17 конденсаторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого 18 и второго 19 вычитающих усилителей соединены соответственно с информационными входами первого 20 и второго 21 модуляторов, выходы первого 20 и второго 21 модуляторов являются соответственно выходами синусного и косинусного напряжений преобразователя, вход порогового блока 22 является входом задания переменного опорного напряжения преобразователя, выход порогового блока 22 соединен с управляющими входами первого 20 и второго 21 модуляторов.

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

Входной код угла N_вxi, поступающий от внешнего устройства, по переднему фронту соответствующего сигнала записи С_i записывается в первый 1 регистр, по которому также во второй 2 регистр записывается нулевое значение кода, т. к. его информационные входы подключены к шине нулевого потенциала.

Одновременно по сигналу записи С_i, поступающего также на вход отключения выхода первого 1 регистра, его выходы устанавливаются в третье (высокоимпедансное) состояние, а выходы второго 2 регистра по сигналу записи С_i, прошедшему через элемент НЕ 3 (), подключаются ко входу блока 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса. По тому же сигналу с выхода элемента НЕ 3 () включается режим пересчета счетчика 9, на счетный вход которого поступает тактовая частота с выхода генератора 8 импульсов. В первый момент времени по сигналу с первого выхода счетчика 9 (см. Фиг. 2), соответствующего уровню “ЛОГ.1”, замыкается первый 10 ключ, в то время как по сигналу со второго выхода счетчика 9, соответствующего уровню “ЛОГ.0” и поступающего на вход “прямой/инверсный” второго 2 регистра и управляющий вход второго 11 ключа, второй 2 регистр включен в режиме прямой выдачи информации и его выходы находятся соответственно в нулевом состоянии, что соответствует углу _i = 0<sup>, а второй 11 ключ находится в разомкнутом состоянии. Блок 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса формирует на своих первом и втором выходах коды N_sini = 0 и N_cosi = 0 соответственно, которые поступают на цифровые входы первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей соответственно, на аналоговые входы которых поступает опорное напряжение от источника 7. Первый 5 и второй 6 цифроаналоговые преобразователи осуществляют операцию умножения опорного напряжения, приложенного к их аналоговым входам на соответствующие коды, преложенные к их цифровым входам. В результате на выходе первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей получаем напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла _i = 0, а именно:

где U_оп – опорное напряжение источника 7;
n – количество разрядов цифроаналоговых преобразователей 5 и 6;
U₁, U₂ – напряжения смещения и дрейфа нулевого потенциала в трактах первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей соответственно.</sup>

Напряжение U₁ с выхода первого 5 цифроаналогового преобразователя через замкнутый первый 10 ключ запоминается на первом 14 конденсаторе, а напряжения (U_оп+U₂) с выхода второго 6 цифроаналогового преобразователя отключено, т.к. второй 11 ключ разомкнут.

В следующий момент времени, когда на втором выходе счетчика 9 появляется сигнал, соответствующий уровню “ЛОГ.1”, замыкается второй 11 ключ, второй 2 регистр переключается в режим инверсной выдачи информации и его выходы находятся в единичном состоянии, что соответствует углу _i = 90^{, а первый 10 ключ размыкается, т. к. на первом выходе счетчика 9 в этот момент времени присутствует сигнал, соответствующий уровню “ЛОГ.0”.}

Блок 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса формирует на своих выходах коды N_sini = 90 <sup>и N_cosi = 90 соответственно, которые, как и в первом случае, поступают на цифровые входы первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей. В результате умножения опорного напряжения от источника 7, приложенного к аналоговым входам первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей на соответствующие коды, приложенные к их цифровым входам, на выходах последних получаем напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла _i = 90, а именно:

Напряжение U₂ с выхода второго 6 цифроаналогового преобразователя через замкнутый второй 11 ключ запоминается на втором конденсаторе 15, а напряжение (U_оп+U₁) с выхода первого 5 цифроаналогового преобразователя отключено, т.к. первый 10 ключ разомкнут.</sup>

Таким образом, за время импульса записи C_i на первом 14 и втором 15 конденсаторах запоминаются напряжения U₁ и U₂, связанные со смещением и дрейфом в трактах первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей соответственно.

По окончании импульса записи C_i преобразователь переходит в рабочий режим, т. е. по сигналу через элемент НЕ 3 () выходы второго 2 регистра устанавливаются в третье (высокоимпедансное) состояние, а выходы первого 1 регистра подключаются ко входу блока 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса. По тому же сигналу с выхода элемента НЕ 3 () замыкаются третий 12 и четвертый 13 ключи, а первый 10 и второй 11 ключи разомкнуты по сигналам управления с первого и второго выходов счетчика 9. Блок 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса преобразует входной код, записанный от внешнего устройства в первый 1 регистр, в код синуса и косинуса, а первый 5 и второй 6 цифроаналоговые преобразователи осуществляют операцию умножения опорного напряжения от источника 7, приложенного к их аналоговым входам, на цифровые коды, приложенные к их цифровым входам с выхода блока 4 функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса соответственно, в результате чего получаем:

Напряжения с выходов первого 5 и второго 6 цифроаналоговых преобразователей через замкнутые третий 12 и четвертый 13 ключи соответственно поступают на один из входов первого 18 и второго 19 суммирующих усилителей соответственно, к другим входам которых соответственно приложены напряжения U₁ и U₂, запомненные на первом 14 и втором 15 конденсаторах. В результате на выходе первого 18 и второго 19 вычитающих усилителей получаем:

Напряжения с выходов первого 18 и второго 19 вычитающих усилителей поступают на информационные входы первого 20 и второго 21 модуляторов, которые по сигналу с выхода порогового блока 22 формируют на своих выходах напряжения, пропорциональные sin_i и cos_i, в виде меандра с частотой опорного напряжения, поступающего на вход порогового блока. Третий 16 и четвертый 17 конденсаторы служат для поддержания выходных напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла, на момент записи/коррекции входной информации N_вxi.

Таким образом, введение в функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения, первого и второго регистров, второго цифроаналогового преобразователя, блока функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первого, второго, третьего и четвертого ключей, первого и второго вычитающих усилителей, первого и второго модуляторов и порогового блока позволяет в значительной степени повысить точностные характеристики преобразователя и расширить его функциональные возможности.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь кода угла в синусно-косинусные напряжения, содержащий первый цифроаналоговый преобразователь, аналоговый вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, четыре накопительных элемента, выполненных на конденсаторах, одни из обкладок которых объединены и подключены к шине нулевого потенциала, генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу счетчика, вход “разрешение счета” которого подключен к выходу элемента НЕ, вход которого подключен к синхровходу преобразователя, отличающийся тем, что в него введены второй цифроаналоговый преобразователь, блок функционального преобразования кода угла в код синуса и косинуса, первый, второй, третий и четвертый ключи, первый и второй вычитающие усилители, первый и второй модуляторы, пороговый блок, 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 и соединены со входом отключения выхода первого регистра и входом элемента НЕ, 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, аналоговый вход второго из которых соединен с аналоговым входом первого цифроаналогового преобразователя, первый выход счетчика соединен с управляющим входом первого ключа, а второй выход – с управляющим входом второго ключа и входом “прямой/инверсный” второго регистра, вход “отключения выхода” которого соединен 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, другой обкладкой первого конденсатора, вторым входом первого вычитающего усилителя и другой обкладкой 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, другой обкладкой второго конденсатора, вторым входом второго вычитающего усилителя и другой обкладкой четвертого конденсатора, 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.

РИСУНКИ