18.3. Функциональный последовательно-параллельный цпу

В том случае, когда необходимо совместить высокие требования по точно­сти и быстродействию преобразователя угла и его проекций, формирование кода проекций целесообразно производить из кода угла путем его функционального преобразования ПЗУ с синусной прошивкой [34, 62]. Такое построение отвечает требованиям, предъявляемым к ЦПУ, сопрягаемым с аппаратурой отображения на электронно-лучевых индикаторах [65].

Функциональная схема функционального ЦПУ повышенной точности и бы­стродействия представлена на рис. 18.5.

Преобразователь содержит СКДУ, два блока перемены знака БП31 и БП32, блок перемены функций БПФ (рис. 18.6), логический блок ЛБ (рис. 18.7), АЦП, функциональный блок ФБ (рис. 18.8), три регистра RG1—RG3, блок синхрони­зации БС, блок управления БУ, генератор импульсов G.

Блок БПФ (рис. 18.6) включает в себя компаратор К, два коммутатора КР1 и КР2 и два операционных усилителя УО1 и УО2. Логический блок ЛБ (рис. 18.7) состоит из четырех элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1—4. Функ­циональный блок ФБ (рис, 18.8) содержит ПЗУ1—ПЗУЗ, блок инверторов БИ1, блок схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два блока элементов 2И— ИЛИ 1 и 2,

два инвертора Введены следующие обозначения: 0 — угол поворота

СКДУ;—угол в, приведенный в первый октант; — напряжение питания СКДУ; —соответственно напряжение и код навыходе элемента; —число разрядов кода навыходеi-ro. элемента; 1р, 2р, Зр — первый, второй и третий разряды кода угла в, 1р — старший.

Выходные сигналы СКДУподключенные к входам БП31 и БП32, сравниваются с нулевым уровнем напряжения, в результате чего на вторых выходах этих блоков формируются синфазные логические сиг­налы, соответствующие знакам фаз полуперяодных значений синусного и коси­нусного напряжений Единичный уро­веньсоответствует положительному полупериоду синусного и косинус­ного напряжений. Эти сигналы определяют прямую или инверсную передачу на­пряжений на первые выходы БП31 и БП32. Таким образом формируются моду-ли синуснойи косинусной проекций.

Напряжения со вторых выходов БП31 и БП32 сравниваются на компара­торе (рис. 18.6), например, ИМС К521САЗ, в результате чего на его выходе формируется логический сигнал, принимающий следующие значения:

Выходной сигнал компаратора, подключенный к управляющим входам коммута­торов КР1 и КР2, например ИМС К590КН4, однозначно определяет их положе­ние: прикоммутаторы находятся в положения I, а при— в поло-женин II. Первый вход коммутатора KP1 и второй вход коммутатора КР2 под-

ключены к второму выходу БП31, а второй вход коммутатора КР1 и первый вход коммутатора КР2 подключены ко второму выходу БП32. Выходы комму­таторов соединены с входами повторителей напряжения на УО1 и УО2, на вы­ходе которых формируются напряжения по следующим выражениям:

При этом всегда На выходах повторителей формируются сигналы, про-

порциональные углу поворота в, приведенному в первый октант (угол в диапа­зоне 0-45°), т, е.Значения логических сигналов, соответствующие выражениям для диапазона угла 0—360°, приведены в табл. 18.2.

На вход блока синхронизации поступает напряжение U0, используемое для формирования синфазного логического сигнала, единичный уровень которого со­ответствует положительному полулериоду напряжения (/о. Выходные сигналы блока синхронизации и генератора импульсов подключены к входам блока управ­ления. Синхронизирующий сигнал с выхода блока синхронизации обеспечивает запуск блока управления, на первом выходе которого, подключенном к третьему входу АЦП, формируется последовательность импульсов, обеспечивающая режим поразрядного уравновешивания в АЦП. Сигналы с выходов повторителей по­ступают соответственно на измерительный и эталонный входы АЦП отношения напряжений в код поразрядного уравновешивания, например БИС К572ПВ1, на выходекоторого формируется код, пропорциональный тангенсу угла т. е.

Сигналыс первых выходов БП31 и БП32 поступают на входы

элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 и 2 (рис. 18.7). На их вторые входы поступает сигнал U11 с выхода БС. Их выходы включены через элемент 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на вход 4 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на вто­рой вход которого поступает сигнал с выхода компаратора К (рис. 18.6). При этом на выходах 1, 3 и 4 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируются логические сигналы, соответствующие значениям первого, второго и третьего разрядов кода угла (код октанта 6), причем значение первого разряда совпадает со знаком функцииа на выходе элемента2 формируется логический сиг-

кал, соответствующий знаку функции cos в, т. е.

Дальнейшее преобразование полученного кода производится в функциональ-ном блоке ФБ (см. схему рис. 18.8). Основным элементом этого устройств является ПЗУ, например БИС К505РЕЗ, в составе которых имеется набор про шивок тригонометрических функцийИнформационная емкост

ПЗУ 4 Кбит (см. § 12.1 и 12.3).

Прошивки 0051 и 0052 осуществляют функциональное преобразовано sin (0—90°) с дискретностью0052— 1—8р, 0051 — 9— 12р. В составе БИ( имеется набор прошнвок 0068—0071, обеспечивающий преобразование sin {0-45—90°) с дискретностью 0068—1—8р, 0069 — 9—16р для диапазон; (0—45°), а 0070— 1—8р, 0071—9—16р для диапазона (45—90°). Для ФЦПЗ с разрешающей способностью не более 10 двоичных разрядов в качестве ПЗУ. и ПЗУЗ может быть использована БИС К505РЕ30078, в которой реализована прошивка с дискретностью

БИС К505РЕЗ используются и в устройстве преобразования кода tg P (где — угол, принадлежащий отрезку [0—45°]) в код параметра

Одна из прошивок 0053 применяется для преобразования 9-разрядного вход-ного двоичного кодав 8-разрядный кода три других 0Q54—0056 позволяю.т из 10-разрядного кодаполучить 10-разрядный двоичный код угла

Код с выхода АЦП поступает на вход ПЗУ1, в которое записаны табличные значения функциипри изменении входного кода от нуля до максимального значения, например БИС К505РЕЗ 0054—0056. На выходе ПЗУ1 имеется код т. е. код угла На этом заканчивается первый этап преобразо­вания. Последующее функциональное преобразование осуществляется по каждой составляющей параллельно, что позволяет эффективно использовать суммарный объем памяти ПЗУ (рис. 18.8). Код с выхода ПЗУ1 поступает на вход ПЗУ2 и на первый вход блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ непосред­ственно и черезна вход ПЗУЗ, На второй вход блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступает сигнал с выхода элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ {рис. 18.7). На выходе блока ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (18.8) формируются младшие разряды кода угла в, т. е. В ПЗУ2 и ПЗУЗ записы­ваются табличные значения функции sin от 0 дои отдо 1 при изме­нении входного кода от нуля до максимального значения. При этом на выходе ПЗУ2 имеется кодна выходеПЗУЗ — кодВыход ПЗУ2 подключен ко вторым входам блоков 1 и 2 элементов 2И — ИЛИ, а выход ПЗУЗ — к первым входам этих блоков. Выход компаратора через БИ1 подключен к первым входам блоков 1 я 2 2И — ИЛИ, а выход БИ1 через инвертор ИнеЗ подключен к другим входам блоков 1 и 2 2И—ИЛИ. На их выходах фиксируются коды

Выходы блоков 1 и 2 2И — ИЛИ и блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первым входам регистров RGI—RG3 соответственно (рис. 18.5). Вторые входы этих регистров подключены ко второму выходу блока управления. Третьи входы регистров подключены к выходу элемента 1

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий вход RG2 регистра — к выходуэлемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а четвертый я пятый входы регистра RG3 — соответ­ственно к выходам элементов 3 и 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (рис. 18.7).

Преобразователь работает следующим образом. (На рис 18.9 и 18.10 пред­ставлены диаграммы, поясняющие его работу.)

Выходные сигналы СКДУ сравниваются в БП31 и БП32 с нулевым уровнем напряжения, в результате чего на их вторых выходах формируются логические сигналы, соответствующие знакам фаз полупериодных значений синусного и ко­синусного напряжений. Единичное значение этих сигналов определяет прямую, а нулевое значение—инверсную передачу напряжений на первые входы этих блоков, т. е. значения напряжений на этих выходах равны модулям синусного и косинусного напряжений соответственно:Эти напряжения сравниваются на компараторе, в результате чего на его выходе формируется логический сигнал, принимающий нулевое значение в 1, 4, 5-м и 8-м октантах и единичное значение во 2, 3, 6-м и 7-м октантах. Сигнал с выхода компаратора К (рис 18.6) управляет Кл1 и Кл2, и на их выходы проходят соответственно синусное и косинусное напряжения, пропорциональные углу поворота Э, приведенному в первый октант. Эти напряжения поступают на высокоомные входы УО1 и УО2, которые имеют близкое к нулю выходное сопротивление н исключают влияние конечного значения сопротивле­ния Кл1 и Кл2 в замкнутом состоянии на точность аналого-цифрового преобра­зования. Таким образом, на измерительный и эталонный входы АЦП поступают синусное и косинусное напряжения, пропорциональные углу

Синхронизирующий сигнал с выхода БС обеспечивает запуск блока управ­ления на каждом полупериоде напряжения Через интервал времени, необхо­димый для нарастания синусного и косинусного напряжений, на первом выходе блока управления формируется последовательность импульсов, обеспечивающая

режим поразрядного уравновешивания АЦП, в результате чего на его выходе устанавливается код отношения напряжений на измерительном и эталонном вхо­дах, т. е. кодНа выходах элементов 1—4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ фор­мируются знаки функций и три старших разряда кода угла в согласно (18.5).

Код с выхода АЦП поступает на вход ПЗУ1, на выходе которого форми­руется код углаЭтот код поступает на вход блока элементов ИСКЛЮЧАЮ­ЩЕЕ ИЛИ, другой вход которого управляется третьим разрядом кода угла. При этом на выход этого блока в нечетных октантах (Зр=О) проходит прямой код, дополняющий уголдо 45% т. е.код угла с выхода этого блока

совместно с кодом октантов дает код угла 6.

Выходной сигнал компаратора через БИ1 и управляет работой блоков 1 и 2 2И—ИЛИ таким образом, что в 1, 4, 5-м и 8-м октантах на выход первого блока 2И — ИЛИ проходнт код с выхода ПЗУ2, а на выход второго блока 2И —ИЛИ —код с выхода ПЗУЗ, т. е.Во 2,

3, 6-м и 7-м октантах на выход первого блока 2И — ИЛИ проходит код с вы­хода ПЗУЗ, а на выход второго блока 2И —ИЛИ —код с выхода ПЗУ2, т. е.

Таким образом, на выходе первого блока 2И — ИЛИ формируется код а на выходе второго блока 2И —ИЛИ —код

С целью снижения потребляемой мощности в этом варианте ЦПУ возможно использование импульсной запитки ПЗУ [54].

Коды модулей и знаки функций а также код угла записываются в регистре RG1—RG3 (рис. 18.5) по фронту импульса со второго выхо­да БУ. Они формируются после окончания режима поразрядного уравновеши­вания через интервал времени, необходимый для считывания информации из ПЗУ1—ПЗУЗ. Таким образом, на выходах регистров RG1— RG3 имеются коды

функций и угла 9, соответствующие

и

Необходимость расширения функциональных возможностей преобразовате­ля за счет получения кода угла вполне обоснована при использовании подоб­ных устройств в измерительных и следящих системах, в робототехнике, где не­обходимо иметь информацию об угловом положении объекта.

Статическая погрешность преобразования этого устройства обусловлена в основном инструментальной погрешностью АЦП и по сравнению с построе­нием, представленным на рис. 17.6, снижается в 2 раза при вероятностной методике ее оценки, что подтверждается следующим расчетом.

Обозначим через среднеквадратйческую ошибку (СКО) ЦАП; — СКОАЦП. Тогда суммарная ошибка СКО ЦПУ (см. рис. 17.6) определится как

а суммарная СКО рассматриваемого ЦПУ Так как

Поскольку преобразователь (рис. 18.5) включается дважды за период из­менения напряжения питания быстродействие его по сравнению с ЦПУ на рис. 17.6 при одинаковой частоте повышается в 2 раза, что позволяет снизить динамическую ошибку преобразования.

Быстродействие такого ЦПУ определяется каналом преобразования угла, скорость получения цифрового эквивалента которого может быть повышена за счет параллельной обработки [а. с 798945 (СССР)].