устройстве соответствуют два соединенных вместе разрядных
элемента, образующих две дорожки /0 и I / , |
разделенные изо |
ляционным промежутком. Щетки расположены V |
- разверткой, |
в младшем разряде одна Ч0, а в следующих разрядах |
и Ц&- |
опережающие и Ц{ |
и Чг - отстающие. Кроме |
того, имеется |
по две дополнительные щетки на разряд для |
создания |
связи |
между разрядами. |
Дополнительные щетки расположены по |
обе |
стороны от основных и также могут быть названы опережающи ми / Ш,0Ч1Д1, Ь1г / и отстающими /Z i^ , / i / ' , / . Опережа
ющие дополнительные щетки соединяют дорожки "О" младшего разряда с опережающей основной щеткой следующего разряда, такое же соединение осуществляется между отстающими допол
нительными и основными щетками. |
Следовательно, если в млад |
шем разряде |
/р и с .1 6 3 ,а / Ц0 |
на |
нуле, |
то через h l0 питание |
подается |
на |
в |
следующем разряде. |
Так как Ч{ контакти |
рует с дорожкой I , |
то через |
|
питание будет подано на 4g . |
Как видно из приведенного описания, в схеме соблюдается |
правило считывания |
обычного |
двоичного |
кода способом V - р а з |
вертки. |
Между разрядами включены диоды, предохраняющие от |
короткого замыкания и ошибки в считывании в тех случаях, |
когда обе |
щетки контактируют |
с |
одним элементом. |
Особенность такого преобразователя состоит не только |
в том, что он не требует наличия логической /переключающей/
|
|
|
|
|
схемы, но и |
в том, что позволяет получить как прямой /с |
до |
рожек "1"/> |
так и обратный /с дорожек ”0 "/ коды, |
соответ |
ствующие углу поворота задающей |
оси. |
|
|
В приведенных рассуждениях |
подразумевалось, |
что |
в |
младшем разряде щетка обеспечивает мгновенное переключение |
с дорожки "I" на дорожку "О" и наоборот. Поскольку в дейст |
вительности этого нет, то необходимо обеспечить однознач |
ный выбор |
элементов Ч1 и |
Q{ при контакте щетки Ч0с дорож |
ками "О" и |
"I" в младшем |
разряде. Это выполняется с помо |
щью делителя на сопротивлениях /р и с .163,б / или реле |
/рис. |
163,в / . При использовании делителя в случае, когда |
щетка |
|
Q0 находится на элементе |
"О", |
на ней будет создавать |
|
ся напряжение |
|
|
|
|
|
|
R-. |
/2 9 1 / |
|
ф |
н |
- |
|
+ R 3 |
|
|
|
R i + R a |
Это напряжение не будет поступать на выход прямого кода, что и будет соответствовать нулю, но оно появится на выходе обратного хода, что будет соответствовать еди нице .
! |
Если |
щетка |
Ц |
перейдет на |
элемент |
"I",. то |
на щетке |
Ч1 |
и на |
выходе |
прямого кода будет напряжение |
|
|
|
|
W |
- E |
RoO |
|
/2 9 2 / |
|
|
|
в . + . |
*> |
|
где |
|
|
|
|
R i + |
r 05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
R a ( R z + |
R 3 ) |
|
|
|
|
|
Ro5 |
Rz+R+R, |
|
|
на |
выходе |
обратного |
кода |
будет напряжение |
|
|
|
|
|
|
|
г \ з |
■ |
т ъ / |
Это напряжение является помехой, и оно может быть до ведено до приемлемой величины соответствующим выбором Rz
и R3 -
Преобразователи рассмотренного типа выполняются с ко
личеством разрядов от 2-х до 19-ти. |
Максимальная частота |
отсчета мгновенных значений |
преобразуемой величины соот |
ветствует I Мгц. Таким образом, для 13 разрядов время пол |
ного преобразования одного |
значения аналоговой |
величины |
равно 13 мксек. Максимальная скорость |
задающего |
вала |
рав |
на 200 об/мин. |
|
|
|
|
В связи с тем, что на |
одном диске малого диаметра труд |
но закодировать более чем 7 |
разрядов, |
преобразователи |
вы |
полняются двухотсчетными. |
|
|
|
|
§ 36. Связь преобразователей с цифровыми вычислительными устройствами
Входные непрерывные величины, преобразованные в коды, вводятся в ЗУ цифрового вычислительного устройства, откуда они по мере необходимости в процессе решения задачи посту пают в АУ для использования в вычислениях.
Простейшая схема связи преобразователя с вычислитель ные устройством изображена на рис.164,а . Здесь каждая вход ная ^налоговая величина поступает на свой преобразователь, а Еыходные коды преобразователей на ЗУ. Так как обычно ЗУ
машины не может |
одновременно принимать коды из преобразова |
т е л е и выдавать |
хранимые данные в другие устройства маши |
ны, . о на время ввода данных вычисления на машине прекращагтся, и она простаивает. Если время преобразования н ев е -. лике., то потери времени также небольшие, так как можно все преобразователи запускать одновременно и потом их опраши вать, как это показано на временной диаграмме рис. 164,6. Потери времени для этого случая будут составлять
|
|
|
Тпот=Ьпр+тЬ6ё, |
/2 9 V |
где igfj |
- время |
ввода данных из преобразователя |
в машину? |
Ьпр |
- |
время |
преобразования; |
|
/77 |
- |
число |
входных величин. |
|
При этом у каждого преобразователя должно быть инди видуальное буферное ЗУ емкостью в Н разрядов или запоми нание должно выполняться самим преобразователем.
Систему ввода можно упростить, если производить ввод данных от преобразователей последовательно. В этом случае потеря времени
Тпот = ^ п р |
/ 295/ |
будет больше, чем при одновременном преобразовании |
и по |
следовательном вводе. |
|
Для уменьшения объема оборудования осуществляют мно гократное использование одного и того же преобразователя для преобразования нескольких входных величин. При этом преобразователь последовательно подключается к разным дат чикам. Б этом случае следует проверить, допустима ли такая
низкая частота квантования f максимальная величина кото-
jk’
рой будет определяться неравенством
*Ьпр
Оба рассмотренных выше метода ввода данных, как пра вило, исключают применение многоканальных преобразователей ввиду больших потерь времени. Исключением является случай, когда в системе используется буферное ЗУ. Тогда можно, про изведя преобразование во время предшествующего цикла вычис лений, в начале данного цикла ввести все данные. Потери вре мени на ввод данных будут составлять
Тпот- n t o S p '
где Ь0$р - время обращения к буферному ЗУ.
Следует учитывать, что при этом методе ввода входные величины будут соответствовать разным моментам времени, по скольку вначале преобразуется и запоминается первая вход ная величина, потом вторая, третья и т .д .
Если переменное время измерения входных величин при этом будет значительным, то оно может быть учтено при вы числениях, так как порядок ввода величин постоянен и зара нее известен. В этом случае нужно ввести в систему ввода специальное ЗУ сравнительно большого объема, так как в нем должны храниться выходные коды, относящиеся к данному цик лу всех каналов.
Для случая, когда в системе нет специального ЗУ, все входные величины могут последовательно преобразовываться и вводиться в ЗУ мамины. При этом на преобразование и ввод требуется сравнительно большое время
Из-за того, что преобразование ведется последователь но с временным разделением каналов, такой метод ввода мож но применять только для преобразователей с очень высоким быстродействием.
Существует еще один метод связи преобразователей с цифровой машиной, допускающий многоканальное использование преобразователя при малом времени ввода величин и не тре бующий специального буферного ЗУ большой емкости. Этот ме
тод состоит в |
том /р и с .164,в /, что |
в начале очередного |
цик |
ла ввода исходных величин запускается многоканальный |
пре |
образователь, |
который по окончании |
цикла преобразования |
входной величины, поступающей по первому каналу, помещает
получившийся выходной код в небольшое |
буферное |
ЗУ емкостью |
в Н двоичных разрядов. В связи с этим |
емкость |
такого ЗУ |
в |
m раз меньше, чем емкость буферного |
ЗУ, используемого |
в |
ранее рассмотренном варианте ввода. |
|
|
|
После окончания очередного такта |
вычислений первая |
вы |
ходная величина снимается с промежуточного ЗУ и вводится в
основное ЗУ машины. Затем преобразователь подключается ко второй входной величине и т .д . Таким образом, вычислитель ная машина не работает только в моменты ввода величин,т.е. потери времени будут
Момент ввода очередной входной величины определяется различно для вычислительных машин с синхронной и асинхрон ной системами управления. Поскольку максимальное время преобразования известно, то при синхронной системе управ ления машиной может быть подсчитано, сколько тактов /эле ментарных операций/ должно пройти от момента начала преоб разования очередной величины до момента, когда эта вели чина может быть введена в машину. Для того чтобы отметить этот момент времени, нужен счетчик операций, который всег-
да имеется в машине.
При асинхронной системе управления для отметки момен та, когда преобразование ухе закончено и входная величина мохет быть введена в машину, служит счетчик, на который подаются импульсы постоянной частоты следования. После то го как с начала цикла ввода пройдет время,необходимое для выполнения преобразования, по окончании очередного такта /элементарной вычислительной операции/ сама машина даст
команду на ввод следующей входной величины.
Рассмотренный метод ввода позволяет г'пользовать срав нительно простые и медленно действующе 'многоканальные преобразователи.
Г Л А В А IX
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ КОД - АНАЛОГ
§ 37. Разновидности преобразователей код-аналог
По принципу действия преобразователи код-аналог можно разделить на две основные группы: преобразователи, работа ющие по разомкнутой схеме, и преобразователи с обратной связью. По виду выходной /аналоговой/ величины различают преобразователи типа "код-временной интервал", "код-напря жение" и "код-вал" /"число-вал"/.
В первой группе преобразователей /не имеющих обратной связи/ преобразование основано на суммировании аналоговых величин. Это суммирование осуществляется двумя различными
методами: а / суммирование |
с учетом "веса" /номера/ каждого |
разряда исходного кода; |
б / |
суммирование единичных прираще |
ний аналоговых величин. |
|
|
Впреобразователях, использующих метод суммирования
сучетом "веса" разрядов, входная величина представляет со бой обычный цифровой двоичный код, как в последовательной, так и в параллельной форме. На вход преобразователя, вы полняющего суммирование единичных приращений, должен по даваться число-импульсный код.
Суммирование единиц может производиться как непосред ственно /суммирование временных интервалов, напряжений, уг ловых величин/, так и после предварительного преобразова ния в промежуточную величину. Такой величиной обычно бы вает временной интервал. На рис.165 приведена функциональ ная схема преобразователя цифровой величины в напряжение с промежуточным преобразованием во временной интервал.
В момент начала цикла преобразования на счетчике уста навливается исходное число и запускается генератор пилооб разного напряжения /ГП/ j одновременно открывается вентиль
// , пропускающий на счетчик импульсы от генератора фик
сированной частоты /ГИ /. Счетчик работает |
на вычитание. Ког |
да на |
счетчике |
будет нудь, |
на вентиль В2 |
посылается им |
пульс, |
вентиль |
открывается |
и схема запоминания фиксирует |
величину пилообразного напряжения для этого момента време ни. Полученное напряжение будет соответствовать исходному числу.
Преобразование число-импульсного кода в пропорциональ ный угол поворота проще всего осуществляется в устройстве с шаговым двигателем, блок-схема которого показана на рис. 166. В состав устройства входят генератор импульсов, ревер сивный счетчик, вентиль и шаговый двигатель.
Реверсивный счетчик служит для сравнения преобразуемо го числа с числом импульсов, поступивших на вход двигателя.
Счетчик непосредственно управляет вентилем В, |
причем |
так, |
что последний заперт только в том случае, если |
все тригге |
ры счетчика находятся в состоянии "О". |
|
|
Шаговый двигатель играет роль отрабатывающего элемен |
та. С поступлением каждого импульса ротор, а |
значит |
и вы |
ходной зал устройства, поворачивается на определенный угол. Принцип работы устройства состоит в следующем. На один из входов реверсивного счетчика подаются импульсы, количе
ство которых пропорционально преобразуемому числу. В пре дельном случае эта последовательность импульсов может пред ставлять собой число-импульсный код преобразуемого числа. Как только один из триггеров счетчика перебрасывается в со стояние "I" , отпирается вентиль В и импульсы от генератора начинают поступать на шаговый двигатель.
Каждый из этих импульсов одновременно поступает и на второй вход реверсивного счетчика. Поэтому количество им пульсов, поступающих на двигатель, равно количеству импуль сов, поданных на первый вход реверсивного счетчика, т .е .
импульсов, представляющих преобразуемое число. Таким обра зом, угол поворота выходного вала устройства пропорциона лен преобразуемому числу.
В качестве примера преобразователя код-аналог, на вход
которого подается обычный двоичный код, можно привести уст ройство типа "число-вал" с промежуточным преобразованием числа во временной интервал, ограниченный моментами образо вания двух импульсов. В таких преобразователях используют ся следящие системы, способные отрабатывать величины, за данные соответствующими временными интервалами. На рис.167 показана функциональная схема устройства, предназначенная для преобразования четырехразрядного двоичного кода в угол поворота выходного вала. Устройство состоит из двух основ ных частей; преобразователя исходного числа в пропорциональ ный временной интервал и следящей системы. Кроме основных частей, на схеме показан регистр числа P I, который обычно относится к другим блокам управляющей машины.
Цифровая часть преобразователя состоит из ряда триг геров и вентилей, а также включает генератор импульсов ста
бильной частоты ГИ. Через группу вентилей Bd |
преобразуе |
мое число |
передается |
в обратном коде |
из регистра PI |
в |
ре |
гистр-счетчик, состоящий из триггеров |
Т{ ~ТА . Вентиль В£ |
и триггер |
Т5 |
управляют работой преобразователя. |
|
|
Работает преобразователь следующим образом. Сначала |
преобразуемое |
число |
переписывается в |
обратном коде |
из |
ре |
гистра PI |
в регистр |
преобразователя. |
Для этого |
на |
группу |
вентилей Bf , которые отперты в том случае, когда соответ ствующие им триггеры регистра PI находятся в состоянии "0J
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подается управляющий импульс УИ1 . После |
записи |
обратного |
кода числа |
в регистре-счетчике на |
вход триггера |
Т^- подает |
ся управляющий |
импульс |
УИ |
, перебрасывающий его |
в состоя |
ние "I", при котором вентиль В2 |
отперт. |
|
|
|
|
Моментом подачи |
УИг |
определяется начало временного |
интервала, |
в который преобразуется исходное число. Начиная |
с этого момента, через |
вентиль В2 |
на вход триггера TL по |
ступают импульсы с генератора ГИ. |
Вентиль Ъ& остается от |
пертым до |
тех |
пор, пока регистр-счетчик |
не |
заполнится, |
|
т .е . пока |
его |
триггер |
Тм не |
опрокинется |
из |
состояния "I" |
в |
состояние |
"О”. |
Образующийся на выходе регистра-счетчика |
при |
его заполнении импульс перебрасывает триггер Т5 в состоя ние "О", что вызывает запирание вентиля Ъг и прекращение подачи на вход регистра импульсов от генератора ГИ. Мо мент образования этого импульса соответствует концу вре менного интервала, в который преобразуется исходное число. Временная диаграмма работы преобразователя показана на рис.168.
Рассмотрим, например, преобразование двоичного числа 0101. При передаче его обратным кодом в регистр-счетчик в последнем устанавливается число 1010. На вход регистра-
счетчика с генератора ГИ импульсы начинают поступать с мо мента подачи на триггер Ts"управляющего импульса УИг . В
рассматриваемом |
случае регистр-счетчик |
заполняется |
после |
поступления на |
его вход б-го по порядку импульса от |
Гй. |
Таким образом, |
на выходе триггера |
импульс образуется |
при подаче на вход регистра-счетчика 6-го импульса, обоз начая конец временного интервала. Следовательно, в полу
ченном временном |
интервале укладывается |
пять отрезков |
времени, каждый |
из |
которых равен периоду следования им- |
пульсов стабильной |
частоты |
j |
т .е . |
|
|
|
|
ГИ |
|
|
|
|
Ь = - J |
- |
0 1 0 1 , |
/3 0 0 / |
где Ь - значение временного интервала.
В общем случае преобразуется некоторое число А/ . Про порциональный временной интервал для него равен
/301/
Полученный на выходе преобразователя импульс, появля ющийся через промежуток времени Ьн после управляющего им пульса УИ , подается на вход I дискриминатора Д- следящей системы. Импульс УИг - опорный: он образуется в момент перехода синусоидального опорного напряжения от минуса к плюсу. На вход 2 дискриминатора поступает синусоидальное
