Логарифмический аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к вычис-1 лителъной технике и может быть использовано для функционального аналого-цифрового преобразования с повышенной точностью и широкими функциональными возможностями, а также для сопряжения вычислительных машш и микропроцессоров с источником аналоговой информации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Преобразователь позволяет получить наряду с логарифмическим линейное преобразование сигнала , а также обеспечивает простоту перенастройки преобразователя при необходимости нелинейного преобразования по закону логарифма с другим основанием. Изобретение предусматривает использование рекурсивного способа выполнения преобразования . Цель изобретения достистигается тем, что в устройство, содержащее управляющий вход 1, первую выходную шину 2 устройства, информационный вход 3, источник опорного напряжения, тактовый генератор 5, элемент И 6, двоичный счетчик 7, элемент 8 сравнения, блок 9 расширения динамического диапазона, введены два блока 10, 11 памяти, умножитель 12, два регистра 13, 14, цифроаналоговый преобразователь 15, сумматор 16, вторая выходная шина 17. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. (Л сп Ј О 00 ГС

„„SU„„164082

СООЗ СОВЕТСНИХ

Э

РЕСПУБЛИК (gg)g Н 03 М 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

H АВТОРСКОМУ СВИД:ТЕЛЬСТВУ (21} 4673819/24 (22}. 05.04.89 (46) 07.04.91. Бюл. Р 13 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.А.Валов, Л.N.Âèòêèí, И.В.Герасимов и M.À.Kðóïüïïåâ (53) 681.325(088.8) (56) Патент США Р 3678505, кл. 340-347, опублик. 1972.

Авторское свидетельство СССР

11 769562, кл. 0 06 С 7/24, 1978.: (54) ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к вычис- . лительной технике и может быть использовано для функционального аналого-цифрового преобразования с повышейной точностью и широкими функциональными возможностями, а также для сопряжения вычислительных мапын и микропроцессоров с источником аналоговой информации. Цель изобреИзобретение относится к вычйсли- . тельной технике и может быть использовано для функционального аналогоцифрового преобразования с повышенной точностью и широкими функциональными возможностями, а также для сопряжения вычислительных машин и микропроцессоров с источником аналоговой информации.

Цель изобретения, — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения дополнительных функций

2 тения — расширение функциональных возможностей. Преобразователь позволяет получить наряду с логарифмическим линейное преобразование сигнала, а также обеспечивает простоту . перенастройки преобразователя при необходимости нелинейного преобразования по закону логарифма с другим основанием. Изобретение предусматривает использование рекурсивного способа выполнения преобразования. Цель изобретения достистигается тем, что в устройство, содержащее управляющий вход 1, первую выходную шину 2 устройства, информационный вход 3, источник опорного напряжения, тактовый генератор 5, элемент И 6, двоичный счетчик 7, элемент 8 сравнения, блок 9 расширения динамического диапазона, введены два блока 10, 11 памяти, умножитель 12,. два регистра 13, 14, цифроаналоговый преобразователь 15, сумматор 16, вторая выходная шина

17. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. линейного преобразования сигнала и нелинейного преобразования сигнала по закону логарифма с другим осйованием.

На фиг. 1 изображена функциональная схема логарифмического аналогоцифрового преобразователя, на фиг.2 приведен пример реализации элемента сравнения, на фиг. 3 — пример выполнения блока расширения динамического диапазона.

Логарифмический аналого-цифровой преобразователь (AIm) содержит управляющий вход t, первую выходную шину 2, информационный вход 3, источник 4 опорного напряжения, тактовый генератор 5, элемент И 6, двоичный счетчик 7, элемент 8 сравнения, блок 9 расширения динамического диапазона, два блока 10, 11 памяти, умножитель 12, два регистра 13, 14; цифроаналоговый преобразователь 15, сумматор 16, вторую выходную шину 17.

Регистры 13, 14 являются .синхронными элементами, запись в которые осуществляется по переднему фронту синхронизирующего импульса..

В нижеприведенной таблице указаны состояния выходов устройства в сравнении в зависимости от величины входи сигналов, Блок 9 расширения динамического диапазона содержит усилитель 23, второй элемент 24 сравнения, инвертор

25, коммутатор 26.

Работа устройства основана на рекурсивном способе описания реализуемых функций и заключается в вычислении по рекуррентным соотношениям значений функций.

Логарифмическая функция

f(x,а) loggx где х С.(0;1), ax — значение аргумента, может быть представлена с помощью базы и правил композиции (рекурсии), задаваемых в виде следующей схемы примитивной рекурсии:

1 (О) (9(i),а)) Я (з.+1) = С(4.), 3(i) Элементы сравнения (фиг.2) содержат первый и второй аналоговые сум- 20 маторы 18, 19, первый и второй компараторы 20, 21 и источник 22 напряжения смещения.

Для аргументов х, представленных в двоичной системе счисления, выбе30 Рем

Представим аргументы Х произведе35

П(1+ ; 2 )

)и1 где 1, если х ) Q(i)

411 1 -1, если хс jlii);

log+(9(i+1)) =

n — - разрядность представления чисел.

Для вычисления логарифмической

45 функции используют следующие Рекуррентные соотношения:

50 и

2, если Х 7j g(i)

-2, если х s ô(i) ! где с; ° 2

Данные выражения интерпретируются аппаРатУРой следующим образом. Ну55 р (ф(0),а) В(а) у((3+1),а) = Ь(Я)i),а, для получения рекуррентных соотношений нужно выбрать конкретные функции Р, h, нумерацию Я, (; и функцию следования I(i).

Выберем нумерацию

4(0) = 1

$(i+1) = Я(з) Ф () и функцию следования; I (i) i+1, для определения ф (i) осуществим тождественное преобразование для функции logq (1 (i+1 ) ) loggg(i) + log (1 + . ).

Ч i

g (i) Выберем $ (i) такую, чтобы logq(1 н .

+ . = bi где Ь вЂ” иэвестное " (i) (i)

1 значение для каждого i, положим

g(i) = с; Я{и.). Тогда 1од (1 +

+ . ) log . (1+с;) Ъ;. 9(i) (i

При такой ф (i) приходим к следующем нумерации: с

Я(0) - 1

Я(+1) = Я(i)(1+с;) с,-;г,;Е -1,1 (0) = 1

F.(ô(0),à) = О

Я(+1) - h(i) (1+с;) (1)

С

Р(Я(+1),a) = (1 .ti),+b; (2) 1640820 левым значениям аргумента и функции ставится в соответствие нулевое состояние регистра 14 и единичное состояние всех триггеров регистра 13, которые устанавливаются при запуске устройства импульсом по управляющему входу. Необходимые константы хра- нятся соответственно в блоках 10 и

11 памяти. Функцию следования f(i) реализуют тактовый генератор 5, двоичный счетчик 7 и ълемента И 6, выражение (1) реализуется умножителем 12 и регистром 13, выражение (2) реализуется сумматором 16 и регистром 14, величины 3(i) и Х сравниваются цифроаналоговым преобразователем 15 и элементом 8 сравнения.

Логарифмический аналого-цифровой преобразователь работает следующим 20 образом.

Исходное состояние задается сигналом сброса, по которому двоичный счетчик 7 устанавливается в нулевое состояние, выходы регистра 13 переходят в состояние "единица", а выходы регистра 14 — в нулевое состояние, Если опорное напряжение больше входного, на первый вход элемента 8 сравнения с блока 9 расширения динамического диапазона попадает входное напряжение. Так как на выходе

:регистра 13 были установлены единицы с цифроаналогового преобразователя 15 на второй вход элемента 8 сравнения попадает опорное напряжение, которое больше входного по условию и, следовательно, на втором выходе элемента 8 сравнения оказывается логический нуль, который разрешает прохождение импульсов с тактового генератора 5 через элемент И 6 на счетный вход двоичного счетчика 7 и на входы синхронизации регистров

13, 14. а регистр 14

1о8д(" ) °

В каждом такте работы устройства информация с двоичного счетчика 7 приходит на первые многоразрядные входы элементов 10, 11 памяти, содержащие константы для вычисления выражений (1,2), на вторые одноразрядные входы блоков 10 и 11 памяти приходит результат сравнения текущего значения аргумента и входной величины с второго выход элемента 8 сравнения. Выбранные из блоков 10, 11 памяти константы попадают соответственно на умножитель 12 и сумматор 16, которые совместно с регистрами 13 и 14 реализуют выражения (1,2) ° Но переднему фронту синхроимпульса с тактового генератора 5 в регистры 13, 14 записываются новые значения текущего цифрового эквивалента входного сигнала и его логарифмического представления.

Таким образом, в такте с номером К регистр 14 содержит значение

k г((К),а) = Ь

1=О информация с регистра 13 попадает на цифровые входы цифроаналогового преобразователя, с которого на второй вход элемента 8 сравнения попадает величина (i), U ä, где

)(i) — текущее значение аргумента.

Работа устройства прекращается по достижении равенства с допуском

Нпп 2 " входного сигнала и содержимого регистра 13, умноженного на

U<, В этот момент на первом выходе элемента 8 сравнения появляется сигнал высокого уровня, и элемент И 6 блокирует прохождение тактирующих.импульсов на двоичный счетчик 7. Тем самым по окончании работы устройства в регистре 13 формируется результат линейного преоб35

5 разования входного сигнала, пропорЦм циональный ", а в регистре 14—

U0ï результат нелинейного преобразования по закону логарифма, пропорциональ-. ный

Если входное напряжение больше опорного, с блока 9 динамического расширения диапазона на первый вход элемента 8 сравнения поступает величина Uz„.п1., где m — коэффициент ослабления сигнала блока 9 расширения динамического диапазона.

Для нелинейного преобразования по закону логарифма с другим основанием необходимо в блок 11 памяти поместить константы, не изменяя структуры устройства. . Формула изобретения

1. Логарифмический аналого-цифровой преобразователь, содержащий ис1640820 точник опорного напряжения, тактовый генератор, элемент И, двоичный счетчик, вход сброса которого. является

-1 управляющим входом преобразователя, элемент сравнения, блок расширения динамического диапазона, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй вход является информационным входом преобразователя, выход тактового генератора соединен с первым входом,, элемента И, второй вход которого со динен с первым выходом элемента срав нения, а выход соединен со счетным входом двоичного счетчика, о т л ич а ю шийся тем, что,с целью . расширения функциональных возможностей за счет обеспечения дополнительных функций линейного преобразования 20 сигнала и нелинейного преобразования, сигнала по закону логарифма с другим, основанием, в него введены два блока . памяти, умножитель, два регистра, цифроаналоговый преобразователь, сум", матор, причем управляющий вход преобразователя соединен с входом установки первого регистра и входом сброса второго регистра, входы син-: хронизации первого и второго регист" 39 ров соединены с выходом элемента И, выход двоичного счетчика соедииен с первыми входами первого и второго эле-1 ментов памяти, вторые входы которых объединены и подключены к второму вы -, З5 ходу элемента сравнения, выход пер-; вого элемента памяти соединен с пер - вым входом умножителя, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, выход которого яв- 4р ляется первой входной шиной и соединен с вторым входом умножителя и пер- вым входом цифроаналогового преобра-, 2. Преобразователь по п. 1, о т-, л и ч а ю шийся тем, что блок расширения динамического диапазона выполнен на инверторе, коммутаторе, элементе сравнения и усилителе, вход которого объединен с первым входом элемента сравнения, первым информационным входом коммутатора и является вторым входом блока, первым входом которого. является второй вход элемента сравнения, выход которого соединен с первым управляющим входом коммутатора через инвертор и с вторым управляюищм входом коммутатора непосредственно, второй информационный вход коммутатора соединен с вы- ходом усилителя, а выход является выходом блока. () Y Х . Y Х У Х.

Выходы

0 Ч1

* Z-3Z Y(X + 3 3= 2 Поп, зователя, второй вход которого соеди нен с выходом источника опорного напряГ жения, выход соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока расширения динамического диапазона, выход второго элемента памяти соединен с первым информационным входом -сумма тора,вьмод которого соединен с информационным входом второго регистра, зыкова которого соединен с вторым информационным входом сумматора и яв ляется второй входной шиной.

f640820

1640820

Фи@Я

Составитель В.Солодова

Техреду Л,Олийнык Корректор Н.Ревская

Редактор Б.Федотов

Заказ 1266 Тираж 472 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям.и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101