RU2079884C1 - Device which calculates absolute value of second orthogonal constituent of vector - Google Patents

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: device has analog-to-digital converter 2, digital-to-analog converters 3, 7, 11, adder 4, sine voltage generator 5, phase-shifting unit 6, null device 8, AND gate 9, counter 10, alternating-to-direct voltage converter 12, comparator 13, reference voltage source 15. EFFECT: simplified design, increased precision. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в гибридных аналого-цифровых устройствах и системах обработки аналоговых сигналов с целью определения модуля второй ортогональной составляющей по известным модулям вектора и его первой ортогональной составляющей. The invention relates to the field of computer technology and can be used in hybrid analog-to-digital devices and analog signal processing systems in order to determine the module of the second orthogonal component from the known modules of the vector and its first orthogonal component.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения ортогональной составляющей вектора, содержащее переключатели, элемент сравнения, блок управления, интеграторы, инвертор, сумматор, счетчик и дешифратор. The closest technical solution to the proposed one is a device for determining the orthogonal component of a vector containing switches, a comparison element, a control unit, integrators, an inverter, an adder, a counter and a decoder.

Недостатками прототипа являются сложность схемы и невысокая точность. The disadvantages of the prototype are the complexity of the circuit and low accuracy.

Решаемая изобретением техническая задача упрощение устройства и повышение его точности. The technical problem solved by the invention is to simplify the device and increase its accuracy.

Указанная задача решается благодаря тому, что в устройство для определения ортогональной составляющей вектора, содержащее счетчик, сумматор и компаратор, дополнительно введены фазосдвигающий блок, преобразователь переменного напряжения в постоянное, нуль-орган, элемент И, источник опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, три цифроаналоговых преобразователя и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения первого цифроаналогового преобразователя и через фазосдвигающий блок к входу опорного напряжения второго цифроаналогового преобразователя и к входу нуль-органа, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к тактовому входу счетчика, выход которого подключен к цифровым входам второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, выход которого является выходом устройства, выход источника опорного напряжения соединен с входами опорного напряжения третьего цифроаналогового преобразователя и аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого является первым входом устройства, а выход подключен к цифровому входу первого цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход сброса которого соединен с входом обнуления счетчика и с пусковым входом устройства, выход преобразователя переменного напряжения в постоянное и второй вход устройства подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам компаратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И, преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит коммутатор, диод, конденсатор и резистор, причем анод диода является входом преобразователя, а катод, являющийся выходом преобразователя, подключен к информационному входу коммутатора и через конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, подключенной через резистор к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входом сброса преобразователя. This problem is solved due to the fact that in the device for determining the orthogonal component of the vector, containing a counter, an adder and a comparator, a phase-shifting unit, an AC to DC converter, a zero-organ, an And element, a reference voltage source, an analog-to-digital converter, three are additionally introduced a digital-to-analog converter and a sinusoidal voltage generator, the output of which is connected to the reference voltage input of the first digital-to-analog converter and through a phase shifting unit to the input of the reference voltage of the second digital-to-analog converter and to the input of the zero-organ, the inverse output of which is connected to the first input of the And element, the output of which is connected to the clock input of the counter, the output of which is connected to the digital inputs of the second and third digital-to-analog converters, the output of which is the output of the device, the output of the reference voltage source is connected to the inputs of the reference voltage of the third digital-to-analog converter and an analog-to-digital converter, the information output of which is is the first input of the device, and the output is connected to the digital input of the first digital-to-analog converter, the outputs of the first and second digital-to-analog converters are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the AC to DC converter, the reset input of which is connected to the counter zeroing input and to the starting input of the device , the output of the AC / DC converter and the second input of the device are connected respectively to the inverting and non-inverting inputs of the compar the torus, the output of which is connected to the second input of the And element, the AC-to-DC converter contains a switch, a diode, a capacitor and a resistor, the anode of the diode being the input of the converter, and the cathode being the output of the converter connected to the information input of the switch and connected via a capacitor to the bus zero potential, connected through a resistor to the output of the switch, the control input of which is connected to the reset input of the converter.

На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 приведена схема преобразователя переменного напряжения в постоянное, на фиг. 3 поясняющая векторная диаграмма напряжений, а на фиг. 4 иллюстрируется работа отдельных элементов устройства и переходные процессы, происходящие в устройстве. In FIG. 1 shows a diagram of a device, FIG. 2 is a diagram of an AC to DC converter, FIG. 3 is an explanatory vector diagram of stresses, and in FIG. 4 illustrates the operation of individual elements of the device and transients occurring in the device.

Устройство (фиг. 1) содержит первый вход 1 x устройства, соединенный с информационным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, информационный выход которого соединен с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, а вход опорного напряжения подключен к выходу генератора 5 синусоидального напряжения (ГСН), соединенному с входом фазосдвигающего блока (ФСБ) 6, выход которого соединен с входом опорного напряжения второго ЦАП 7 и входом нуль-органа 8, инверсный выход которого через элемент И 9 соединен с тактовым входом счетчика 10, выход которого соединен с цифровыми входами третьего 11 и второго 7 ЦАП, выход которого соединен с вторым входом сумматора 4, выход которого через преобразователь 12 переменного напряжения в постоянное (ППНП) соединен с инвертирующим входом компаратора 13, неинвертирующий вход которого соединен с вторым входом 14 z устройства, а выход соединен с вторым входом элемента И 9, источник 15 опорного напряжения (ИОН), выход которого соединен с входами опорного напряжения АЦП 2 и третьего ЦАП 11, выход которого является выходом 16

устройства, пусковой вход 17 устройства соединен с входом обнуления счетчика и входом сброса ППНП 12.The device (Fig. 1) contains the first input 1 x device connected to the information input of the analog-to-digital converter (ADC) 2, the information output of which is connected to the digital input of the first digital-to-analog converter (DAC) 3, the output of which is connected to the first input of the adder 4, and the input of the reference voltage is connected to the output of the generator 5 of a sinusoidal voltage (GOS) connected to the input of the phase-shifting unit (FSB) 6, the output of which is connected to the input of the voltage reference of the second DAC 7 and the input of the zero-organ 8, the inverse output to of which through element And 9 is connected to the clock input of the counter 10, the output of which is connected to the digital inputs of the third 11 and second 7 DACs, the output of which is connected to the second input of the adder 4, the output of which is connected to the inverting input through an AC / DC converter 12 a comparator 13, the non-inverting input of which is connected to the second input 14 z of the device, and the output is connected to the second input of the element And 9, the source of reference voltage 15 (ION), the output of which is connected to the inputs of the reference voltage of the ADC 2 and the third DAC 11 whose output is output 16

device, the input input 17 of the device is connected to the input of the reset counter and the reset input PPNP 12.

Схема ППНП 12 (фиг. 2) содержит диод 18, анод которого является информационным входом ППНП 12, а катод, являющийся выходом ППНП 12 и через конденсатор 19 связанный с общей шиной устройства, соединен с информационным входом коммутатора 20, управляющий вход которого соединен с входом сброса ППНП 12, а выход через резистор 21 соединен с общей шиной устройства. The circuit PPNP 12 (Fig. 2) contains a diode 18, the anode of which is the information input PPNP 12, and the cathode, which is the output PPNP 12 and through a capacitor 19 connected to the common bus of the device, is connected to the information input of the switch 20, the control input of which is connected to the input reset PPNP 12, and the output through the resistor 21 is connected to a common bus device.

Рассмотрим работу устройства. Consider the operation of the device.

Для удобства эксплуатации, настройки и проверки в устройстве используются идентичные АЦП 2 и ЦАП 3, 7, 11, имеющие одинаковые рабочий диапазон и ширину младшего значащего разряда ΔU Генератором 5 вырабатываются синусоидальные колебания фиксированной частоты, амплитудное значение которых равняется ширине рабочего диапазона входного напряжения АЦП 2. С помощью ФСБ 6 достигается сдвиг этих колебаний на угол Φ = -90^°. ППНП 12 осуществляется преобразование переменного напряжения

в постоянное, равное амплитудному значению входного напряжения, т.е.

К информационному входу АЦП 2 приложено постоянное напряжение x. Код на цифровом информационном выходе АЦП 2 равен

Код K₂ подается на цифровой вход первого ЦАП 3, к входу опорного напряжения которого приложено синусоидальное напряжение с выхода ГСН 5. В результате на выходе первого ЦАП 3 присутствует синусоидальное напряжение (U₃ на фиг. 4), действующее значение которого равняется

Напряжение

подается на первый вход сумматора 4.For ease of operation, configuration and testing, the device uses identical ADCs 2 and DACs 3, 7, 11, which have the same operating range and the width of the least significant digit ΔU. Generator 5 produces sinusoidal oscillations of a fixed frequency, the amplitude value of which is equal to the width of the operating range of the input voltage of the ADC 2 Using FSB 6, a shift of these oscillations by an angle Φ = -90 ^{° is} achieved. PPNP 12 converts AC voltage

into a constant equal to the amplitude value of the input voltage, i.e.

A DC voltage x is applied to the information input of the ADC 2. The code on the digital information output of ADC 2 is

Code K ₂ is supplied to the digital input of the first DAC 3, to the input of the reference voltage of which a sinusoidal voltage is applied from the output of the seeker 5. As a result, the output of the first DAC 3 has a sinusoidal voltage (U ₃ in Fig. 4), the effective value of which is equal to

Voltage

fed to the first input of the adder 4.

Цепь задания напряжения

начинает работать после появления на пусковом входе 17 единичного импульса (в момент времени t 0 на фиг. 4). Этот импульс обнуляет содержимое счетчика 10 и открывает коммутатор 20 ППНП 12 - конденсатор 19 разряжается через резистор 21, и выходное напряжение ППНП 12 спадает до нуля. Поскольку к прямому входу компаратора 13 приложено постоянное положительное напряжение z > 0, а к инверсному нулевое с выхода ППНП 12, то на выходе компаратора 13 появляется единичное напряжение. Это напряжение прикладывается к второму входу элемента И 9, который при этом начинает пропускать импульсы с выхода нуль-органа 8 на вход счетчика 10. На интервале t₀ t₁ содержимое счетчика 10 остается нулевым и соответственно выходное напряжение ЦАП 7, имитирующего вторую определяемую ортогональную составляющую

вектора, также равно нулю. Следовательно, на интервале t₀ t₁ выходное напряжение сумматора 4 равняется (см. фиг. 3)

На интервале t₀ t₁ конденсатора 19 заряжается через диод 18 в результате кривая напряжения U₁₂ на этом интервале повторяет кривую напряжения U₄ (см. фиг. 4).Voltage reference circuit

starts to work after the appearance of a single pulse at the start input 17 (at time t 0 in Fig. 4). This pulse resets the contents of the counter 10 and opens the switch 20 PPNP 12 - the capacitor 19 is discharged through the resistor 21, and the output voltage PPNP 12 drops to zero. Since a direct positive voltage z> 0 is applied to the direct input of the comparator 13, and a neutral voltage is applied to the inverse from the output of the PPNP 12, a unit voltage appears at the output of the comparator 13. This voltage is applied to the second input of the And 9 element, which at the same time starts to transmit pulses from the output of the zero-organ 8 to the input of the counter 10. On the interval t ₀ t _{1, the} contents of the counter 10 remain zero and, accordingly, the output voltage of the DAC 7 simulating the second detectable orthogonal component

vectors are also zero. Therefore, in the interval t ₀ t _{1 the} output voltage of the adder 4 is equal to (see Fig. 3)

In the interval t ₀ t _{1 of the} capacitor 19 is charged through the diode 18 as a result, the voltage curve U ₁₂ in this interval repeats the voltage curve U ₄ (see Fig. 4).

В момент времени t₁ на фиг. 4 синусоида напряжения U₆ пересекает ось абсцисс и принимает положительное значение. В результате нуль-орган 8 срабатывает, напряжение на его инверсном выходе спадает от единицы до нуля. По этому перепаду напряжения, повторяющегося также на выходе элемента И 9, срабатывает счетчик 10, содержимое которого становится равным 0001 (при его 4-разрядном исполнении). Код счетчика 10 прикладывается к цифровому входу ЦАП 7, на выходе последнего появляется синусоидальное напряжение U₇ (см. фиг. 4), действующее значение которого равно

Учитывая, что напряжение, приложенное с выхода ФСБ 6 к входу опорного напряжения второго ЦАП 7, отстает от напряжения ГСН 5 на 90^o, напряжение

также отстает от напряжения

на 90^o (см. фиг. 3 и 4).At time t ₁ in FIG. 4 voltage sine wave U ₆ crosses the abscissa axis and takes a positive value. As a result, the zero-organ 8 is triggered, the voltage at its inverse output drops from unity to zero. According to this voltage drop, which is also repeated at the output of the And 9 element, the counter 10 is triggered, the contents of which become 0001 (with its 4-bit version). The counter code 10 is applied to the digital input of the DAC 7, the output of the latter appears sinusoidal voltage U ₇ (see Fig. 4), the effective value of which is

Given that the voltage applied from the output of the FSB 6 to the input of the reference voltage of the second DAC 7, lags the voltage of the GSN 5 by 90 ^o , the voltage

also behind voltage

90 ^o (see Fig. 3 and 4).

Выходное напряжение сумматора 4 с момента времени t₁ равно

Модуль суммарного вектора

равен (см. фиг. 3)

С помощью ППНП 12 переменное напряжение

преобразуется в постоянное напряжение

Поскольку амплитудное значение напряжения

больше амплитуды напряжения

(см. фиг. 3), то после момента времени t₁ происходит дозарядка конденсатора 19 на незначительную величину до уровня амплитуды напряжения

, которое после этого начинает снижаться (см. напряжение U₄ на фиг. 4). Однако диод 18 препятствует разряду конденсатора 19 в результате на интервале времени t₁ t₂ выходное напряжение ППНП 12 поддерживается постоянным и равным

см. формулу (7).The output voltage of the adder 4 from time t ₁ is

Total vector module

equal to (see Fig. 3)

Using PPNP 12 AC voltage

converted to constant voltage

Since the amplitude value of the voltage

more voltage amplitude

(see Fig. 3), then after time t ₁ there is a recharging of the capacitor 19 by a small amount to the level of the voltage amplitude

, which then begins to decrease (see voltage U ₄ in Fig. 4). However, the diode 18 prevents the discharge of the capacitor 19 as a result of the output voltage PPNP 12 is maintained constant and equal to the time interval t ₁ t ₂

see formula (7).

Учитывая, что

, на выходе компаратора 13 по-прежнему присутствует единичное напряжение. Поэтому в момент времени t₂ на фиг. 4 вновь срабатывает счетчик 10, его выходной код становится равным 0010, а выходное напряжение ЦАП 7 принимает значение

Соответственно выходное напряжение ППНП 12 становится равным (с некоторой задержкой после момента t₂)

и поддерживается на таком уровне до момента t₃.Given that

, at the output of the comparator 13, a single voltage is still present. Therefore, at time t ₂ in FIG. 4, counter 10 reacts again, its output code becomes 0010, and the output voltage of DAC 7 takes on the value

Accordingly, the output voltage PPNP 12 becomes equal (with a certain delay after the moment t ₂ )

and maintained at this level until t ₃ .

Наконец, в момент времени t₃ содержимое счетчика 10 становится равным 0011, а выходное напряжение ЦАП 7 достигает значения

Выходное напряжение ППНП 12 достигается значения (в момент времени t₄)

В результате выравнивания входных напряжений компаратор 13 отпускает, его выходное напряжение спадает до нуля (в момент времени t₄), закрывая элемент И 9 для прохождения импульсов с выхода нуль-органа 8. В дальнейшем содержимое счетчика 10 не изменяется, а на выходе ЦАП 11 с этого момента присутствует неизменное постоянное напряжение

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными являются более простая схема и более высокая точность. Схема устройства реализуется на интегральных микросхемах.Finally, at time t _{3 the} contents of the counter 10 becomes 0011, and the output voltage of the DAC 7 reaches a value

The output voltage PPNP 12 reaches the value (at time t ₄ )

As a result of equalization of the input voltages, the comparator 13 releases, its output voltage drops to zero (at time t ₄ ), closing the And 9 element for the passage of pulses from the output of the zero-organ 8. In the future, the contents of the counter 10 does not change, but at the output of the DAC 11 from this moment there is a constant constant voltage

The advantages of the proposed device in comparison with the known ones are a simpler circuit and higher accuracy. The circuit of the device is implemented on integrated circuits.

Claims (2)

1. Устройство для определения модуля второй ортогональной составляющей вектора, содержащее счетчик, сумматор и компаратор, отличающееся тем, что в него введены фазосдвигающий блок, преобразователь переменного напряжения в постоянное, нуль-орган, элемент И, источник опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, три цифроаналоговых преобразователя и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения первого цифроаналогового преобразователя и через фазосдвигающий блок к входу опорного напряжения второго цифроаналогового преобразователя и к входу нуль-органа, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к тактовому входу счетчика, выход которого подключен к цифровым входам второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, выход которого является выходом устройства, выход источника опорного напряжения соединен с входами опорного напряжения третьего цифроаналогового преобразователя и аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого является первым входом устройства, а выход подключен к цифровому входу первого цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход сброса которого соединен с входом обнуления счетчика и с пусковым входом устройства, выход преобразователя переменного напряжения в постоянное и второй вход устройства подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам компаратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И. 1. A device for determining the module of the second orthogonal component of the vector, comprising a counter, an adder and a comparator, characterized in that a phase-shifting unit, an AC to DC converter, a zero-organ, an And element, a reference voltage source, an analog-to-digital converter are introduced into it, three digital-to-analog converters and a sinusoidal voltage generator, the output of which is connected to the reference voltage input of the first digital-to-analog converter and through the phase-shifting unit to the reference input voltage of the second digital-to-analog converter and to the input of the zero-organ, the inverse output of which is connected to the first input of the And element, the output of which is connected to the clock input of the counter, the output of which is connected to the digital inputs of the second and third digital-to-analog converters, the output of which is the output of the device, the output of the reference source voltage is connected to the inputs of the reference voltage of the third digital-to-analog converter and analog-to-digital converter, the information input of which is the first input devices, and the output is connected to the digital input of the first digital-to-analog converter, the outputs of the first and second digital-to-analog converters are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the AC to DC converter, the reset input of which is connected to the counter zeroing input and to the starting input of the device, the converter output AC voltage to the constant and second input of the device are connected respectively to the inverting and non-inverting inputs of the comparator, the output of which coupled to a second input of the I. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит коммутатор, диод, конденсатор и резистор, причем анод диода является входом преобразователя, а катод является выходом преобразователя, подключен к информационному входу коммутатора и через конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, подключенной через резистор к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входом сброса преобразователя. 2. The device according to claim 1, characterized in that the AC-DC converter contains a switch, a diode, a capacitor and a resistor, the anode of the diode being the input of the converter, and the cathode being the output of the converter, connected to the information input of the switch and connected via a capacitor to the bus zero potential, connected through a resistor to the output of the switch, the control input of which is connected to the reset input of the converter.

Images