Преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных системах автоматического управления и регулирования, а также как первичный преобразователь информации для систем вычислительной техники. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности преобразователя. Последний содержит датчики грубого 1 и точного 2 отсчетов, блоки 3,4 преобразования кода в ток, блоки 6,10 функционального преобразования кодов, источник 5 опорных сигналов, демодуляторы 7-9, аналоговый сумматор 11, блок 12 выбора каналов, преобразователь 13 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 14, блок 16 сдвига кодов. В преобразователь введены блок 15 определения знака рассогласования, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 21, шина 22 опорного напряжения. Аналоговый сумматор 11 выполнен трехвходовым, а блок 16 сдвига кодов содержит формирователи 17, 18 счетных импульсов и делители 19,20 частоты. Предложенное построение блока 16 сдвига кодов позволяет получить на его выходе строго линейно изменяющийся во времени код, что повышает точность преобразователя. Введение M дополнительных младших разрядов реверсивного счетчика 14 и ЦАП 21, а также наличие трехвходового сумматора 11 позволяет повысить разрешающую способность преобразователя. 1 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4397409/24-24 (22) 28 ° 01.88 (46) 23.12.89. Бюл. Р 47 (72) Н.Я.Костина, А.Л.Ландау и Л.Н.Сайонов (53) 681.325(088 ° 8)

Г56) Счетчик программный реверсивный

Ф 5007 (ТО и инструкция по эксплуатации).

Вульвет Дж. Датчики в циФровых системах. М.: Энергоиздат, 1981, с. 158, рис. 6.15.

Авторское свидетельство СССР

У 1088045, кл. Н 03 М 1/64, 1983.

„„SU„„1531221 (5i)4 Н 03 M 1/64 1/48

2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕИЕЩЕНИЯ В

КОД (57) Изобретение относится к автоматике н вычислительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных системах автоматического управления и регулирования, а также как первичный преобразователь инФормации для систем вычислительной техники. Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способности преобразователя. Последний содержит датчики грубого 1 и точного 2 отсчетов, блоки 3 и 4 преобразования ко1531221

21

U, cos(et + — ах), 2й х да в ток, блоки Ь и 10 функциональмого преобразования кодов, источник

5 опорных сигналов, демодуляторы 79, аналоговый сумматор 11, блок 12 выбора каналов, преобразователь 13 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 14, блок 16 сдвига кодов. В преобразователь введены блок 15 определения знака рассогласования, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

21, шина 22 опорного напряжения.

Аналоговый сумматор 11 выполнен трехвходовым, а блок 16 сдвига кодов

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых изме- 20 рительных системах автоматического управления и регулирования, а также как первичный преобразователь информации для систем вычислительной техники, например аналого-цифровой 25 преобразователь перемещение — код.

Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности преобразователя.

На черетеже приведена функциональ- 30 ная схема преобразователя.

Преобразователь содержит датчик

1 и 2 грубого (ГО) и точного (ТО) отсчетов, блоки 3 и 4 преобразования кода в ток, источник 5 опорных сигналов, блок 6 функционального преобразования кодов, демодуляторы 7-9, блок 10 функционального преобразования кодов, аналоговый сумматор 11, блок 12 выбора каналов, преобразова- 40 тель 13 напряжения в частоту, реверсивный счетчик 14, блок 15 определения знака рассогласования, блок 16 сдвига кодов, содержащий формирователи 17 и 18 счетных импульсов и де- 45 лители 19 и 20 частоты, цифроаналоговый преобразователь 21, шину 22 опорного напряжения. Источник 5 опорных сигналов выполнен в виде последовательно соединенных генератора им- 0 пульсов и делителя частоты (не показаны}.

Формирователи 17 и 18 счетных импульсов могут быть выполнены на основе блоков синхронизации и ввода

55 программного реверсивного счетчика

Ф-5007.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом. содержит формирователи 17 и 18 счетных импульсов и делители 19 и 20 частоты. Предложенное построение блока 16 сдвига кодов позволяет получить на его выходе строго линейно изменяющийся во времени код, что повышает точность преобразователя, Введение m дополнительных младших разрядов реверсивного счетчика 14 и

ЦАП 21„ а также наличие трехвходового сумматора 11 позволяет повысить разрешающую способность преобразователя. 1 ил.

В основе его работы заложен компенсационный принцип. Основными вход-, ными параметрами для такого преобразователя являются сигналы с датчика

2 точного отсчета, которые можно представить в виде

21

0вк U з1п(" + 4x) где ы — угловая частота запитки датчика; дх — преобразуемый входной параметр-перемещение (угловое или линейное), коэффициент преобразования датчика.

Для того, чтобы получить такой сигнал на выходе датчика 2 точного отсчета на его входные обмотки возбуждения необходимо подать два синусно-косинусных сигнала возбуждения.

Обеспечивается это следующим образом.

Линейно изменяющийся во времени код с выхода и разрядов делителя источника 5 опорных сигналов попадает на блок 6 функционального преобразования кодов. На одном выходе этого блока формируется код, изменяющийся во времени не линейно, а по закону синуса, а на другом его выходе — по закону косинуса. Преобразователь код — ток 3 формирует на своих выходах два ступенчато изменяющихся во времени по закону синуса и косинуса сигнала возбуждения датчика. Импульсы f с выхода генератора импульсов источника 5 опорных сигналов через формирователь 17 счетных импульсов

5 15 поступают на тактовый вход делителя

19 частоты, а импульсы f с выхода (n — 1 — k) разряда источника 5 опорных сигналов через формирователь 18 поступают на тактовый вход делителя

20 частоты, где n — число разрядов для точного отсчета (ТО); 1 — число разрядов для грубого отсчета (ГО);

k — число разрядов для согласования кодов ТО и ГО.

При отсутствии командных сигналов на входе Б формирователя 17(18) счетных импульсов с выхода реверсивного счетчика 14 независимо от состояния ее знакового входа В, тактовые импульсы на выходе формирователя счетных импульсов идентичны тактовым импульсам на его входе А. При наличии командных импульсов Б в зависимости от состояния знакового входа В формирователя к тактовой последовательности ее входных импульсов А добавляются дополнительные тактовые импульсы (если на знаковом входе В плюс), либо частично блокируются (если на знаковом входе минус). Число добавляемых или блокируемых импульсов равно числу поступивших командных импульсов по входу Б.

Один раз эа период опорного напряжения датчиков 1 и 2 в момент появления О-ro импульса переноса счетчика источника 5 опорных сигналов, последний поступает на входы управления параллельной записью делителей

19 и 20. При этом в делитель 19 записывается код с выходов младших разрядов с (m + 1) по и реверсивного счетчика 14, соответствующий части кода ТО,а в делитель 2Π— с выходов старших разрядов с m + n—

k + 1 по ш + п + 1 реверсивного счетчика 14, соответствующий части кода

ГО, где m - число младших раэядов в контуре с ЦАП 21.

На выходе делителя 19 и соответственно на группе выходов блока 16 сдвига кодов образуется строго линейно изменяющийся во времени код, аналогичный коду с группы выходов источника 5 опорных сигналов, но момент равенства нулю этого кода отстоит во времени от момента равенства нулю кода счетчика источника 5 опорных

I сигналов на время dt = Т N, где Т,.— период тактовой частоты fr N — чис.ло в старших разрядах реверсивного счетчика 14. Таким образом, предлаI

2»

U„ i U

U2 2» д t) — cos(— д х î dt)

2 х

Uz 2$ — соз(2ые + — dx - со dt), 2 х

30 а на выходе другого демодулятора 9, 2».

U U cos(gt + — Ях) cosid(t

U2 2»

35 — ht) = — cos(— дх -(ddt) +

2 х

14 2»

+ — сов(2сос + — дх -Wet). (3)

2 х

Полученные сигналы U и и U п2

40 поступают на два входа аналогового сумматора 11, на третий вход которого поступает сигнал с дополнительного контура, образованного младшими m разрядами реверсивного счетчика 14 и

45 ЦАП 21, что позволяет повысить разрешающую способность преобразователя.

На выходе цифроаналогового преобразователя 21 формируется сигнал U постоянного тока, равный

11, И ° N, где U — опорный сигнал;

N - число, записанное в m младших разрядах реверсивного счетчика 14.

После сложения аналоговым сумматором 11 трех сигналов U, U 2 и Uc, 55

31221 6 гаемое построение блока 16 сдвига кодов позволяет полностью устранить искажения при фиксированном во времени сдвиге кодов и, в конечном счете, избавиться от погрешностей преобразования, функционально связанных с выходным кодом, т.е. числом в реверсивном счетчике 14.

1О

Код с группы выходов блока 16 сдвига кодов поступает в блок 10 функционального преобразования кодов, который формирует два кода — синусный и косинусный. Эти коды поступают на цифровые входы демодуляторов 8 и 9 точного отсчета, Демодуляторы 8 и 9 осуществляют перемножение сигналов с датчика 2 точного отсчета на синусный и косинусный коды. В результате такого перемножения на выходе одного демодулятора 8 получается сигнал

1531221 на выходе сумматора получается сигнал постоянного тока, равный

V = Uz cos(— 4х -oat) + У„КЛ 5

2» х о ((( ((2»

V . sin(- — — д х +сдае) +

3 2 х

10 (4)

+ Н КИ

Этот сигнал постоянного тока поступает на блок 12 выбора каналов. На другой вход этого блока приходит так- 15 же сигнал постоянного тока U но определяемый датчиком 1 грубого отсчета, который эапитывается аналогично датчику 2 точного отсчета с помощью преобразователя 4 код — ток. 2Q

Блок 12 выбора каналов работает так, что при непревышении напряжения U на его входе, связанном с демодулятором 7 грубого отсчета, определенного порогового уровня на выход, проходит только сигнал U . .В зависимости от полярности сигнала U блок 15 определения знака рассогласования выдает сигнал логической единицы или логического нуля, который определяет 30 направление счета реверсивного счетчика 14 и режим работы (сложение или вычитание) формирователей 17 и 18 в блоке 16 сдвига кодов. Появление на входе преобразователя 13 напряжения в частоту сигнала U приводит к образованию на его выходе последовательности импульсов. Эти импульсы подсчитываются реверсивным счетчиком 14, в результате чего число И, произволь-4О но записанное в нем в момент включения преобразователя, начинает либо увеличиваться, либо уменьшаться. Появляющиеся на выходе m-го и (m + и— — k)-го разрядов счетчика 14 импуЬь 45 сы поступают на командные входы Б формирователей 17 и 18 соответственно. В результате в зависимости от состояния знакового входа В формирователя 17 к тактовой последовательности А импульсов добавляются дополнительные тактовые импульсы с часто-. той ш-го разряда счетчика 14 либо наоборот, некоторые такт овые импульсы аналогичным образом блокируются.

Число добавленных, либо заблокиро55 ванных тактовых импульсов соответствует числу командных импульсов с выхода m-ro разряда реверсивного счетчика 14. Поэтому параметр at(t) кода на выходе делителя 19 также начинает изменяться в точном соответствии с изменением числа N (t) в реверсивном счетчике 14, начиная с (m+1) разряда по старший. Причем это обеспечивается двумя путями: непрерывно эа счет ( работы формирователя 17 счетных импульсов и один раэ эа период запитки датчиков 1 и 2 путем параллельной записи по приходу импульса О переполнения счетчика источника 5.

Таким образом, в отличие от известного, предлагаемое построение блока сдвига кодов и его связи с дру- гими элементами преобразователя позволяют получить изменяющийся во времени сдвиг кодов без внесения искажений и в точном соответствии с изменением числа Nc(t) в реверсивном счетчике, чем достигается полное исключение погрешности преобразования, функционально связанной с выходным кодом, т.е, числом N (t) в реверсив-i ном счетчике.

Преобразователь построен так, что изменение ht(t) приводит к уменьшению напряжения 0 . Если параметр d x не меняется, то через определенный момент времени напряжение U станет равным, точнее близким, к нулю и процесс согласования преобразователя заканчивается. При этом, как видно из выражения (4) имеет место равенство

Лх Тт (U»K

= — ((+ », х т с 2gu

Э (s) (Т где И Nc т

N — число в m младших разрядах счетчика 14;

Т вЂ” период частоты эапитЫ ки датчиков;

Тт - период тактовых импульсов точного отсчета.

Если напряжение U выбрано иэ условия

"0 ТК то выражение (5) записывают в виде

Т-2

Ис - дх —.

Т х где П

9 1531221 общее число в реверсивном Формула изобретения счетчике, Как видно из выражения (6) число

N в реверсивном счетчике 14 про-! с порционально преобразуемому перемещению д х.

Если в дальнейшем преобразуемое перемещение ах изменяется во времени, то преобразователь компенсирует зто изменение, т.е. число И меняетс ся вслед эа этим изменением в соответствии с выражением (6).

f5

Как видно из выражения (6) разрешающая способчость предлагаемого преобразователя в 2 раз больше, чем у известного. Этим достигается сниIll жение в 2 раэ погрешности преобра- 20 эования, связанной с квантованием преобразуемой величины по уровню.

Для устранения грубых ошибок преобразования перемещений, т.е. больших, чем величина периода точного 25 отсчета при включении преобразователя, а также при возникновении сбоев в процессе его работы служит датчик 1 грубого отсчета и демодулятор 7, на цифровой фход которого 30 поступает код с выхода делителя 20 блока 16 сдвига кодов. При наличии большого рассогласования, имеющего место в указанных выше случаях, с выхода демодулятора 7 грубого Отсче- 35 та на вход блока 12 выбора каналов поступает сигнал 11 постоянного тока, превышающий усч ановпенный порог нечувствительности. В этом случае на выходе блока 12 выбора каналов возни- 40 кает сигнал К У (К вЂ” коэффициент усиления блока) независимо от сигнала U, поступающего с сумматора 11.

Этот сигнал вызывает появление на выходе преобразователя 13 напряжения 45 в частоту импульсов и, соответственно, изменение числа N в реверсивном счетчике 14. Возникающие на выходе (m,+ п — k)-ro u m-ro разрядов реверсивного счетчика 14, импульсы поступают на входы Б обоих формирователей

18 и 17 соответственно. В результате параметр cLТ делителя 20 меняется до тех пор, пока сигнал U с выхода демодулятора 7 не уменьшается ниж по55 рогового уровня. После этого включается точный отсчет, работа которого описана выше, после чего происходит полное согласование преобразователя.

Преобразователь перемещения в код, содержащий датчики точного и грубого отсчетов, источник опорных сигналов, одна группа выходов которого соединена с входами первого блока функционального преобразования кодов, выходы которого через первый и второй преобразователи кода в ток соединены соответственно с входами датчиков грубого и точного отсчетов, выходы датчика грубого отсчета соединены с первым и вторым входами демодулятора грубого отсчета, третий вход которого подключен к выходу блока сдвига кодов, а выход соединен с первым входом блока выбора каналов, выход которого через преобразователь напряжения в частоту подключен к счетному входу реверсивного счетчика, выходы которого являются выходами преобразователя, выходы старших разрядов реверсивного счетчика с (m + 1)-ro, где m — натуральное число, по последний соединены с первой группой входов блока сдвига кодов, две группы выходов второго блока функционального преобразования кодов подключены к цифровым входам соответственно первого и второго демодуляторов точного отсчета, аналоговые входы которых подключены к первому и второму выходам датчика точного отсчета соответственно, а выходы соединены с первым и вторым входами аналогового сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока выбора каналов, выход (n — 1 — k)-ro разряда группы выходов источника опорных сигналов соединен с первым входом блока сдвига кодов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности преобразователя, в него введены шина опорного напряжения, блок определения знака рассогласования и цифроаналоговый преобразователь, аналоговый сумматор выполнен с тремя входами, а блок сдвига кодов выполнен на двух формирователях счетных импульсов и двух делителях частоты, выход первого из которых является выходом блока, установочные входы первого и второго делителей частоты блока сдвига кодов являются соответственно с (m + п — k + 1) по m + и +

+ 1 разрядами и с m + 1 по ш + и

1531221

Составитель .М.Сидорова

Редактор Г.Волкова Техред Д.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 7966/56 Тираи 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ухгород, ул. Гагарина,101 разрядами группы входов блока сдвига кодов, тактовый вход первого формирователя счетных импульсов является первым входом блока, а его знаковый вход еоединен со знаковым входом второго формирователя счетных импульсов и является вторым входом блока, вход управления первого делителя частоты соединен с входом управления второго делителя частоты и является третьим входом блока, тактовый вход второго формирователя счетных импульсов является четвертым входом блока, (m + n— k)-й и в-й разряды группы входов блока соединены с командными входами соответственно первого и второго формирователей счетных импульсов блока, выходы формирователей счетных импульсов блока соединены со счетными входами одноименных делителей частоты, выходы второго делителя частоты являются группой выходов блока сдвига кодов, которая соединена с входами второго блока функционального преобразования кодов, один и другой выходы источника опорных сигналов соединены с третьим и четвертым входами блока сдвига кодов соответственно, m младпих разрядов реверсивного

I0 счетчика соединены с цифровьаки входами цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с виной опорного напряжения, а выход

15 соединен с третьим входом аналогового сумматора, выход блока выбора каналов через блок определения знака рассог-, ласования соединен со знаковым входом реверсивного счетчика и вторым входом блока сдвига кодов.