КОДИРУЮЩИЙ ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

КОДИРУЮЩИЙ ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ


RU (11) 2141721 (13) C1

(51) 6 H03M7/04, G06F7/544 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98114411/09 
(22) Дата подачи заявки: 1998.07.16 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.07.16 
(45) Опубликовано: 1999.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 677100 A, 30.07.79. SU 353343 A, 25.10.72. Смолов В.Б. и др. Времяимпульсные вычислительные устройства. - М.: Радио и связь, 1983, с.222. SU 1208607 A, 30.01.86. RU 94010950 A1, 27.02.96. US 5633634 A, 27.05.97. 
(71) Заявитель(и): Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет 
(72) Автор(ы): Сафьянников Н.М.; Буренева О.И. 
(73) Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет 
Адрес для переписки: 197376, Санкт-Петербург, ул.проф.Попова 5, СПГЭТУ, Патентный отдел 

(54) КОДИРУЮЩИЙ ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для обработки сигналов, представленных в кодовой и широтно-импульсной формах. Техническим результатом является повышение быстродействия преобразователя. Преобразователь состоит из суммирующего счетчика импульсов, трех логических блоков, каждый из которых представляет собой ряд двухвходовых схем совпадения с объединенными схемой сборки выходами, трех элементов И и двух реверсивных счетчиков. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при обработке сигналов, представленных в кодовой и широтно-импульсной формах при выдаче результатов вычислений в кодовой и частотно-импульсной формах.

Кодирующий времяимпульсный преобразователь позволяет выполнять кодирование широтно-импульсномодулированных (ШИМ) величин по множительно-косинусной зависимости

Nвых= Ncos(), (1)

где Nвых и N - выходной и входной цифровые коды; - относительная длительность прямоугольных импульсов длительностью , повторяющихся с периодом Т, т.е. = T.

Известно устройство [1], решающее аналогичную задачу: выполняется функциональное преобразование времяимпульсных сигналов с использованием цифровой элементной базы. Однако устройство характеризуется низкой помехоустойчивостью при обработке большого количества частотно- импульсных сигналов из-за отсутствия оператора усреднения. Кроме того, к недостаткам устройства относятся сложность, низкие технологичность и надежность работы. Для реализации устройства необходим стабильный генератор некратных образцовых частот на n выходов, где n выражает число участков кусочно-линейной аппроксимации, которая используется для вычисления функций.

Из числа аналогов наиболее близким по технической сущности является кодирующий времяимпульсный преобразователь [2] , который выбран в качестве прототипа.

Прототип обладает технологичностью и является более простым и помехоустойчивым устройством, чем устройство [1].

Прототип (фиг. 1) содержит суммирующий счетчик импульсов 1, вход которого соединен с входом опорной частоты устройства, три логических блока 2, 3, 4, каждый из которых представляет собой ряд двухвходовых схем совпадения с объединенными схемой сборки выходами, три элемента И 5, 6, 7, два реверсивных счетчика 8, 9, выход первого реверсивного счетчика 8, являющийся выходом устройства, соединен с кодовым входом первого логического блока 2, выход второго реверсивного счетчика 9 соединен с кодовым входом третьего логического блока 4, кодовый вход второго логического блока 3 подключен к входной шине устройства, частотные входы логических блоков 2, 3, 4 подключены к соответствующим динамическим выходам суммирующего счетчика импульсов 1, выходы логических блоков 2, 3, 4 подключены соответственно к первым входам первого 5, второго 6 и третьего 7 элементов И, вторые входы которых объединены с входом времяимпульсного сигнала устройства. Прототип содержит также элементы И 10 и 11, инвертор 12, элемент ИЛИ 13. Первые входы четвертого 10 и пятого 11 элементов И подключены соответственно к выходам первого 2 и третьего 4 логических блоков, а вторые входы объединены с выходом инвертора 12, вход которого объединен с входом времяимпульсного сигнала устройства. Выходы элементов И подключены соответственно первого 5 - к первому входу элемента ИЛИ 13, второго 6 - к входу первого реверсивного счетчика 8, вычитающему с коэффициентом четыре, третьего 7 - к входу второго реверсивного счетчика 9, вычитающему с коэффициентом один, четвертого 10 - к входу второго реверсивного счетчика 9, суммирующему с коэффициентом один, пятого 11 - к входу второго реверсивного счетчика 9, вычитающему с коэффициентом два, ко второму входу элемента ИЛИ 13 и к суммирующему с коэффициентом один входу первого реверсивного счетчика 8. Выход элемента ИЛИ 13 подключен к суммирующему с коэффициентом четыре входу первого реверсивного счетчика 8.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение быстродействия кодирующего времяимпульсного преобразователя.

Решение поставленной задачи состоит в том, что в кодирующем времяимпульсном преобразователе, в состав которого входят суммирующий счетчик импульсов, вход которого соединен с входом опорной частоты устройства, три логических блока, каждый из которых представляет собой ряд двухвходовых схем совпадения с объединенными схемой сборки выходами, три элемента И, два реверсивных счетчика, выход первого реверсивного счетчика, являющийся выходом устройства, соединен с кодовым входом первого логического блока, выход второго реверсивного счетчика соединен с кодовым входом третьего логического блока, кодовый вход второго логического блока подключен к входной шине устройства, частотные входы логических блоков подключены к соответствующим динамическим выходам суммирующего счетчика импульсов, выходы логических блоков подключены соответственно к первым входам первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых объединены с входом времяимпульсного сигнала устройства, причем выходы этих элементов И соединены соответственно первого - с входом первого реверсивного счетчика, суммирующим с коэффициентом один, второго - с входом первого реверсивного счетчика, суммирующим с коэффициентом четыре, третьего - с входом второго реверсивного счетчика, вычитающим с коэффициентом два, а выходы логических блоков также соединены соответственно первого - с входом второго реверсивного счетчика, вычитающим с коэффициентом один, второго - с входом второго реверсивного счетчика, суммирующим с коэффициентом один, и третьего - с входом первого реверсивного счетчика, вычитающим с коэффициентом два.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от прототипа не содержит элементов, выполняющих обратную времяимпульсную модуляцию: инвертора, формировавшего инверсный ШИМ-сигнал, и двух элементов И, выполнявших широтно-импульсную модуляцию импульсных последовательностей. Для получения квадратичной зависимости используется только операнд, содержащий аргумент , а операнд, содержащий параметр (1- ), исключен. Поскольку рабочим является интервал времена или весь период Т, то также отпадает необходимость суммирования импульсных последовательностей, это позволяет отказаться от элемента ИЛИ.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в создании простого кодирующего времяимпульсного преобразователя для получения нелинейной зависимости при усреднении импульсных потоков с весовым заданием величин, позволяющего отслеживать изменение входного времяимпульсного сигнала в процессе непрерывного формирования результата, посредством организации двух структур с отрицательной обратной связью, компенсирующие воздействия в которых вырабатываются и передаются в частотном виде только с прямой времяимпульсной модуляцией и соответствующим весовым заданием, благодаря чему отпадает необходимость в инверсной времяимпульсной модуляции, уменьшается количество компенсирующих воздействий и, соответственно, исключается избыточное оборудование, повышается быстродействие устройства.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена функциональная схема прототипа, а на фиг. 2 изображена функциональная схема предлагаемого кодирующего времяимпульсного преобразователя.

Предлагаемое устройство (фиг. 2) содержит суммирующий счетчик импульсов 1, вход которого соединен с входом опорной частоты устройства, три логических блока 2, 3, 4, каждый из которых представляет собой ряд двухвходовых схем совпадения с объединенными схемой сборки выходами, три элемента И 5, 6, 7, два реверсивных счетчика 8, 9, выход первого реверсивного счетчика 8, являющийся выходом устройства, соединен с кодовым входом первого логического блока 2, выход второго реверсивного счетчика 9 соединен с кодовым входом третьего логического блока 4, кодовый вход второго логического блока 3 подключен к входной шине устройства, частотные входы логических блоков 2, 3, 4 подключены к соответствующим динамическим выходам суммирующего счетчика импульсов 1, выходы логических блоков 2, 3, 4 подключены соответственно к первым входам первого 5, второго 6 и третьего 7 элементов И, вторые входы которых объединены с входом времяимпульсного сигнала устройства, а выходы этих элементов И соединены соответственно первого 5 - с входом первого реверсивного счетчика 8, суммирующим с коэффициентом один, второго 6 - с входом первого реверсивного счетчика 8, суммирующим с коэффициентом четыре, третьего 7 - с входом второго реверсивного счетчика 9, вычитающим с коэффициентом два, а выходы логических блоков 2, 3, 4 также подсоединены соответственно первого 2 - с входом второго реверсивного счетчика 9, вычитающим с коэффициентом один, второго 3 - с входом второго реверсивного счетчика 9, суммирующим с коэффициентом один, и третьего 4 - с входом первого реверсивного счетчика 8, вычитающим с коэффициентом два 2.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии все счетчики 1, 8, 9 находятся в нулевом состоянии. На входы устройства подаются двоичный код N и ШИМ-сигнал с относительной длительностью , на вход счетчика 1 подключена опорная импульсная последовательность с частотой f0. Известно [3, с. 222], что логические блоки 2, 3, 4 совместно со счетчиком 1 реализуют линейное преобразование "код- частота"

fЛБ=(f0/2n)NЛБ,

где fЛБ - среднее значение частоты на выходе логического блока;

NЛБ - входной управляющий код логического блока;

n - разрядность счетчика и кода NЛБ.

Элементы И осуществляют широтно-импульсную модуляцию, пропуская на входы реверсивных счетчиков импульсные последовательности в течение интервалов времени .

Поскольку в начальный момент времени счетчики 8 и 9 обнулены, первым начнет работу преобразователь "код-частота" на основе логического блока 3, так как остальные логические блоки 2 и 4 управляются нулевыми кодами NZ и NA с выходов счетчиков 8 и 9 соответственно. Первый импульс с выхода логического блока 3 поступит на реверсивный счетчик 9 и, пройдя через соответствующий элемент И 6, поступит на реверсивный счетчик 8 и сделает содержимое счетчиков 8, 9 отличным от нуля. Благодаря этому начнется работа логических блоков 2 и 4.

Таким образом, импульсные последовательности на входах счетчиков 8, 9 описываются следующими функциональными характеристиками.

f1=kNZ , (2)

f2=kN , (3)

f3=kNA; (4)

f4=kN; (5)

f5=kNA ; (6)

f6=kNZ, (7)

где k=f0/2n.

Эти импульсные последовательности поступают на реверсивные счетчики 8 и 9 следующим образом: f1 - на вход "+1" счетчика 8; f2 - на вход "+4" счетчика 8; f3 - на вход "-2" счетчика 8; f4 - на вход "+1" счетчика 9; f5 - на вход "-2" счетчика 9; f6 - на вход "-1" счетчика 9.

В основу построения устройства положен принцип автоматической компенсации частотно-импульсных последовательностей, реализуемый с помощью отрицательной обратной связи. В качестве схемы сравнения последних, вырабатывающей сигнал рассогласования в контуре обратной связи, используется реверсивный счетчик. Он выполняет одновременно две функции: вычитание частот и интегрирование полученной разности с выдачей результата в виде двоичного кода. Здесь имеются два контура обратной связи: местный - на основе реверсивного счетчика 9 и главный - на основе реверсивного счетчика 8.

Условием динамического равновесия схемы является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей в каждом реверсивном счетчике в течение периода широтно-импульсной модуляции Т, т.е.

N+= N- или f+ - f-,

где f+, f- - средние значения частот импульсных последовательностей по суммирующим и вычитающим цепям реверсивных счетчиков с учетом коэффициентов суммирования и вычитания.

Из условия динамического равновесия схемы (8) находится функциональная связь между средними значениями выходных кодов NA, NZ счетчиков 8, 9 и входными цифровой N и широтно-импульсной величинами, а в конечном итоге - функциональная характеристика всего устройства. Согласно схеме (фиг. 2) средние значения частот импульсных последовательностей по суммирующим f+(8) и вычитающим f-(8) цепям реверсивного счетчика 8 с учетом коэффициентов суммирования и вычитания будут определены следующим образом:

f+(8)=f1+4f2 и f-(8)=2f3.

Тогда равенство (8) принимает вид f1+4f2=2f3, подставляя выражения (2), (3), (4), имеем

kNz+4kN = 2kNA.

Отсюда находится выражение для среднего значения выходного кода реверсивного счетчика 8

Nz= (2NA-4N)/. (9)

Аналогично для реверсивного счетчика 9

f+(9)=f4 и f-(9)=2f5+f6,

тогда с учетом (5), (6), (7) имеем

kN = 2kNA+kNz, (10)

или

NA= (N-Nz)/2. (11)

Выражения (9) и (II) дают функциональную характеристику устройства, представляющую собой отношение полиномов второй степени:

Nz= N(a22+a1+a0)/(b22+b1+b0),

где a2=-4, a1=0, a0=1, b2=1, b1=0, b0=1.

Известно [3, с. 65], что для косинусной функции Z = Cos () справедливо дробно-рациональное приближение

Z = (-42+1)/(2+1),

т.е. функциональная характеристика устройства соответствует требуемой.

Установившийся режим наступает через m периодов времяимпульсного сигнала. Получение квадратичной зависимости широтно-импульсного сигнала только с использованием операнда, содержащего аргумент , при отсутствии элементов, формирующих значение (1-), уменьшает максимальный путь сигнала от входа к выходу устройства. Таким образом, уменьшается время срабатывания устройства и повышается его быстродействие. При этом благодаря построению устройства в виде замкнутой следящей системы с отрицательной обратной связью и обеспечением режима непрерывного усреднения, устройство помехоустойчиво к единичным помехам по широтно-импульсным и частотно-импульсным сигналам, а также по единичным сбоям в работе счетчиков.

Дополнительным преимуществом получения квадратичной зависимости широтно-импульсного сигнала только с использованием прямой времяимпульсной модуляции является повышение технологичности и надежности устройства за счет исключения избыточного оборудования.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР N 353343, H 03 K 13/20, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР N 677100, H 03 K 13/20, 1979.

3. Смолов В.Б., Угрюмов Е.П., Артамонов А.Б. и др. Времяимпульсные вычислительные устройства. -М.: Радио и связь, 1983. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Кодирующий времяимпульсный преобразователь, в состав которого входят суммирующий счетчик импульсов, вход которого соединен с входом опорной частоты устройства, три логических блока, каждый из которых представляет собой ряд двухвходовых схем совпадения с объединенными схемой сборки выходами, три элемента И, два реверсивных счетчика, выход первого реверсивного счетчика, являющийся выходом устройства, соединен с кодовым входом первого логического блока, выход второго реверсивного счетчика соединен с кодовым входом третьего логического блока, кодовый вход второго логического блока подключен к входной шине устройства, частотные входы логических блоков подключены к соответствующим динамическим выходам суммирующего счетчика импульсов, выходы логических блоков подключены соответственно к первым входам первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых объединены с входом времяимпульсного сигнала устройства, отличающийся тем, что выходы элементов И соединены соответственно первого - с входом первого реверсивного счетчика, суммирующим с коэффициентом один, второго - с входом первого реверсивного счетчика, суммирующим с коэффициентом четыре, третьего - с входом второго реверсивного счетчика, вычитающим с коэффициентом два, а выходы логических блоков также соединены соответственно первого - с входом второго реверсивного счетчика, вычитающим с коэффициентом один, второго - с входом второго реверсивного счетчика, суммирующим с коэффициентом один, и третьего - с входом первого реверсивного счетчика, вычитающим с коэффициентом два.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru