Устройство для возведения в степань аналоговых сигналов

Устройство для возведения в степань аналоговых сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 ! ! !

ОП ИСАИ

Союз Советскии

Социалистимеских

Республик! а с

ИЗОБРЕТЕКИ& ;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (611 Дополнительное и авт. свил-ву (22) Заявлено 11 08.75(21) 2163773j. (5(E ! т-! 16,, . 1 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

Саавта Министраа СССР ао делам иэабретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.02.77Б1оллетевь ъ

1 (45) Дата опубликования описания 02.06- 7 ) (03) 5 .с-ь т (72) Автор изобретения

С. P. Зпборов (1) 3< > Севастопольский приборостроителькк и институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ Б СТЕПЕНЬ

АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ! .с.

Изобретение относится к устройствам для функционального преобразования входных сигналов, в частности для возведения в степень аналоговых сигналов, и может быть использовано в автоматике и вычислительной технике.

Известны преобразователи, используемые для возведения в степень аналоговых сигналов и содержащие блок сравнения, схему И, генератор опорного сигнала, ге- 1О нератор импульсов и счетчик (lj.

Недостатком этих преобразователей является узкий диапазон работы.

Известно и другое устройство для возведения в степень, содержащее генератор 15 опорного сигнала, соединенный с генера— тором импульсов и первым входом схемы сравнения, выход которой подключен к первому входу элемента И, а второй вход элемента И соединен с выходом генера— тора импульсов, и счетчик j2).

Недостатком такого устройства является то, что динамический диапазон работы ограничен диапазоном перестройки генератора импульсов, в пределах которого выпол- g5 няется .пней-1ая =.à »;-с1мос-.. - .; той пмп льсОВ 1; спОр1ть1 .;11Г;:-ЛО. же диапазоном ртоот1-,. сх= ., 1н срап 1;=к!1:

ПРЕДЕЛаХ КОТОРОГО ОбЕСПЕЧИсс,тс -SI точность сравнения.

Целью пзобпетен11я;;.-.ется диапазона рабо:к1 устройств;:-, ПОстав.:сика цт-:11ь Т1сст11г..

УСтРОйСТВО ДОПОЛН11ТЕт1)i О сЮ 10; ., ЛЯЕМЫй ДЕ,II!òÅËÜ 1 —.à!1 „1ßÛG:111Яа

НИЯ, ДЕЛИ ЕЛИ Ч. C !. ОТЫ, Э. ; 01...

ЧИа ДОПОЛНИТ1.-, ЬКI>1 =. ЭЛЕ1т1011Т1-i G; . . 1!— тЕЛЬНЫй СКЕТЧ 1К! Дот10; К11ТЕ, сравнения, .Входы блока и рд; с к ..—:

ЧЕНЫ К ДОПОЛКПТ ЛЬК-11- С..01, Е Сг -1!;-; реа ключи, управлясющие Входк: xG;-0211

ПРИСОЕДИНЕНЫ CGGTEPÃGÒDßI- .О К 1101. Вс.

И ПОСЛЕДКЕ. ь1У ВЫ ХОДа1!1 б:!GI " c .0 С В °

ВХОД 3;IIPQ1 —.ЯQ! G ДЕTT -,-:.т;1g

ЛЯЕТСЯ ВХОДОМ СТ,ЗОйСтвав а В::1. ОД - С.,КЛЮЧЕЧ K BTGPOh!E ВXÎP !1CHGII!,G,", СРаВНЕНИЯ ьп К ВХОДУ ДОПО- 111Т: —.-.;.Ь-10: С 1 сравнения,. выход= блок=-; у! ..ПО..;.,и ли-. динены с управляющими Входа,111 1 раВ.1»-— мого делителя капряжекия и 1тгрв:=1::1 В1..:-547784 дами дополнительных элементов И, вторые входы которых соединены с выходом основного элемента И, причем выход первого дополнительного элемента И соединен через последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно включенных делителя частоты и элемента ИЛИ со счетчиком, вход первого делителя частоты и вторые входы элементов ИЛИ подключены к выходам дополнительных элементов И, а генератор опорного сигнала через дополнительный счетчик соединен со входами установки нуля делителей частоты и счетчика, выходы делителей частоты и счетчик являются выходами устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит управляемый делитель напряжения 1, схемы сравнения 2 и 3, ключи 4 и 5, блок управления 6, генератор опорного сигнала 7, генератор импульсов 8, элементы И 9-12, цепочки, содержащие делители частоты 13 и

14 и элементы ИЛИ 15 и 16, счетчики

17 и 18. Управляемый делитель напряжения 1 имеет и ступеней ослабления, коэффициент передачи К равен K = (g) где =1,2 ... v1 -номер ступени ослабления делителя 1;

1 > 1 — постоянная величина, равная отношению величин ослабления соседних степеней управляемого делителя напряжени я.

Блок управления 6 имеет и устойчивых состояний. Коэффициент деления каждого из делит лей частоты 13, 14 выбран равным

d="

Р (2) где Р -показатель вычисляемой степени.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Делитель 1 делит входной сигнал Ч так, что сигнал V2 íà его выходе принимает вид Ч„ (3) тп "

Генератор опорного сигнала 7 вырабатывает сигнал У>, который изменяется по периодическому линейному закону и в течение одного периода повторенияТ имее. вид Ч = К (4)

3 где - -текущее время;

К -коэффициент пропорциональности.

Схема сравнения 3 сравнивает сигнал

У с нулевым уровнем, заданным в схеме 3, и с уровнем сигнала V2 и на своем выходе вырабатывает прямоугольный импульс, длительность которого и„ орци нальна уровню сигнала

Ч, г =—

К„ (5) 5

Элемент И 9 открывается на время Г и пропускает импульсы, поступающие с выхода генератора 8. Частота импульсов на выходе генератора 8 связана с сигналом У соотношением (6) rye 1 = 1,2 ... 3 - номер цикла преобразования.

Включение требуемой величины ослаоления делителя 1 и соответствующего элемента И 10, 11, 12 обеспечивается сигналами с выходов блока управления 6, 60 который вместе с управляемым делителем

P-a з где К2 -постоянный коэффициент.

С выхода элемента И 9 импульсы поступают через один из дополнительных элементов И 10, 11, 12, на который подан разрешающий потенциал с выхода блока управления 6, на соответствующий элемент ИЛИ. Делители частоты 13 и 14 и счетчик 17 образуют регистр памяти, который подсчитывает количество импульс сов, поступивших с выхода элемента И 9.

В результате за один цикл преобразования в регистр памяти записывается число М, равное 2

N=m Jgg< (7-)

Подстановкой соотношений (4) и (6) в соотношение (7) получаем

30 Р(- ) r Р-1 Р-1 Р(1-1) К Р о

Р л

P (a-1) и

Р тп

„(;- ) кл

И где з g p -коэффициент пропорциональности.

Дополнительный счет ик 18 подсчитывает количество периодов выходного сигнала Уу генератора 7, равное числу циклов преобра40 зования. Когда число циклов преобразования становится равным Е, счетчик 18 вырабатывает импульс сброса, который поступает на входы установки нуля делителей частоты 13,14 и счетчика 17 и возвра45 шает их в исходное состояние.При этом с выходов старших разрядов регистра памяти, образованного делителями частоты

13, 14, и счетчиком 17, считывается в

50 параллельном коде число И, равное — j=4 N3 (9) е

547784

1, схемой сравнения 2, ключами 4,5 образует следящую систему регулирования, работающую следующим образом.

Блок сравнения 2 сравнивает сигнал

Ч с пороговыми величинами Чо и тп V

7 которые заданы в схеме 2.

При выполнении условия (10) Ч <Ч о

Чо(Ч с.ппч

z о> (1a) при выполнении которого блок сравнения 2 не вырабатывает импульсы и никаких переключений в устройстве не происходит .

При включении ступени наименьшего ослабления делителя 1 ключ 4 закрывает ся и отключает схему 2 от блока 6, предохраняя устройство от циклического переключения при выполнении условия (10).

В этом состоянии устройство находится пока не окажется выполненным условие

>en V (12) При этом схема 2 вырабатывает импульсы на входе ключа 5. Каждый из импульсов проходит через ключ 5 и переключает блок 6 в состояние, которому соответствует включение следующей большей ступени ослабления делителя 1 и следующей меньшей ступени деления цепочки из делителей частоты 13, 14. При этом сигнал

\/ уменьшается в тл раз, а число, записываемое в регистр памяти, увеличивается в m раз.

Аналогичные переключения происходят пока не окажется выполненным условие (13).

При включении ступени наибольшего ослабления делителя 1 ключ 5 закрываеч ся и отключает схему 2 от блока 6, предохраняя устройство от циклического переключения при выполнении условия (12 ).

В этом состоянии устройство находит ся, пока не окажется выполненным условие (10). Далее работа устройства происходит аналогично.

Параметры схемы сравнения 2 выбраны так, что период повторения вырабатываеблок 2 вырабатывает импульсы на входе ключа 4. Каждый из импульсов проходит через ключ 4 и переключает блок управления 6 в состояние, которому соответствует включение следующей меньшей ступени ослабления делителя 1 и следующей большей ступени деления цепочки делителей частоты 13, 14. При этом сигнал Yz увеличивается в ltl раз, а число, записываемое в регистр памяти, уменьшается в тп раз. Анапогичные переключения происходят

1 пока не окажется выполненным условие мых им импульсов больше времени, необходимого для однократного переключения блока управления 6 и всех связанных с ним элементов.

В процессе работы устройства масштаб входного сигнала Ч» изменяется так, что сигнал Ч на входе схем сравнения автоматически удерживается в узком динамическом диапазоне, равном m . Синхрон1О но с изменением масштаба входного сит нала V масштаб числа, пропорционального сигналу V изменяется так, что число Й

Р записываемое в регистр памяти, образованный делителями частоты 13, 14

1р и счетчиком 1 7, пропорционально входному сигналу у

Регистр памяти суммирует (; последовательность значений входного сигнала

Ч, преобразованных в цифровую форму, щ и вместе с дополнительным счетчиком 18, коэффициент деления которого равен 1! делит сумму на число циклов преобразования . В результате устройство осущест вляет осреднение последовательных циклов преобразования.

Другим примером выполнения предлагаемого устройства является устройство, в котором в отличие от описанного отсутствует связь между генератором опорного сигнала 7 и генератором импульсов 8.

При этом частота импульсов генератора 8 остается постоянной, а генератор опорного сигнала 7 вырабатывает периодический сигнал Y4,êîòîðûé в пределах одного периода повторения Т имеет вид

Ч =к 1 (13) где К4-постоянный коэффициент.

При этом в регистр памяти, образованный делителями частоты 13, 14 и счет чиком 17, записывается число Я равное

М= тп т?=тп- 4 =К

Р< - ) Р(- ) V „ >

К

Р

Р(1 1) Ч» 7

5 .1 Р(1- ) (14)

1 где К вЂ” р -постоянный коэффициент.

К

Осреднение результатов последовательных циклов преобразования осушествляе ся аналогично описанному.

Сжатие динамического диапазона входного сигнала в аналоговой форме с после 5 дуюшим расширением динамического диапазона, возведенного в степень сигнала в цифровой форме, позволяет расширить динамический диапазон работы устройства и повысить его точность, так как элементы

50 устройства, непосредственно преобразую547784 щие уровень сжатого сигнала.в число импульсов, работают в узком динамическом диапазоне. Возможность осреднения результатов нескольких последовательных циклов преобразования ведет к повышению точности устройства и позволяет вычислять такие вероятностные характеристики входчого сигнала, как математическое ожидание, среднеквадратичное значение, дисперсию и т. п. В результате существенно расширяются функциональные возможности устройства и область его применения .

Формула изобретения

Устройство для возведения в степень аналоговых сигналов, содержащее генератор опорного сигнала, соединенный с генератором импульсов и первым входом схе|ы сравнения, выход которой подключен к первому входу элемента И, а второй вход элемента И соединен с выходом генератора импульсов и счетчик, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона работы, оно содержит управляемый делитель напряжения, блок управления делители частоты, элементы ИЛИ, ключи, дополнительные элементы И, дополнительный счетчик, дополнительную схему сравнения, входы блока управления подключены к дополнительной схеме сравнения через ключи, управляющие входы которых присоединены соответственно к первому и последнему выходам блока управления, вход управляемого делителя напряжения является входом устройства, а выход подключен к второму входу основной схемы сравнения и к входу дополнительной схемы сравнения, выходы блока управления соединены с управляющими входами управляемого делителя напряжения и первыми входами дополнительных элементов И, вторые входы которых соединены с выходом основного элемента И, причем выход первого дополнительного элемента И соединен через последовательно соединенные цепочки, состоящие из последовательно включенных делителя частоты и элемента ИЛИ со счетчиком, вход первого делителя частоты и вторые входы элементов ИЛИ подключены к выходам дополнительных элементов И, а генератор опорного сигнала через дополнительный счетчик соединен со входами установки нуля делителей частоты и счетчика, выходы делителей частоты и счет чик являются выходами устройства .

Источники информации, принятые во внивнимание при экспертизе:

1. Хлистунов В. Н. Основы цифровой электроизмерительной техники и цифроff /!

ЗО вые преобразователи ° М;Л. Энергия,1966, с. 53-55. г

2. Авт. св. М 440677, М Кл.

G 06 Т 3/00 от 06.03.73.

547784

Составитель Л. Снимщикова

Редактор О. Стенина Техред Г. Родак Корректор A. Грипенко

Заказ 638/102 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4