Math-Net.Ru
Общероссийский математический портал
В. Б. Смолов, Электронные декодирующие и кодирующие функциональные преобразователи, Автомат. и телемех. , 1961, том 22, выпуск 2, 209–215
Использование Общероссийского математического портала Math-Net.Ru подра- зумевает, что вы прочитали и согласны с пользовательским соглашением http://www.mathnet.ru/rus/agreement
Параметры загрузки:
IP: 178.128.90.69
2 ноября 2022 г., 22:35:52
Том XXII «АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА»
19 6 1
„АС* 2
ЭЛЕКТРОННЫЕ ДЕКОДИРУЮЩИЕ И КОДИРУЮЩИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
В . Б. СМОЛОВ (Ленинград)
Приводятся структурные схемы цифро-аналоговых вычислитель
ных устройств, пригодных для выполнения операций функционального декодирования цифровой информации и функционального кодирования аналоговой информации, и излагается методика расчета этих устройств,
1 . В автоматических устройствах широко известны [1, 2] электриче
ские декодирующие и кодирующие линейные преобразователи, которые преобразуют цифровую информацию N в информацию аналоговую (на
пряжение, ток) и, наоборот, согласно зависимостям:
U = KUN, (1)
N = KNU, 1(2)
где Кц и KN — масштабы преобразователей»
Однако в ряде случаев использования декодирующих и кодирующих преобразователей для разработки автоматических систем и приборов различного назначения и принципа действия необходимо выполнять функциональное декодирование и кодирование по общим зависимостям вида:
и=КцФ{М), (3)
Очевидно, что для решения поставленной задачи могут быть исполь
зованы линейные декодирующие и кодирующие преобразователи в со
четании с вычислительными устройствами, обладающими характеристи
ками: ивых= F(UBX) — вычислительное устройство непрерывного типа, NBUX = ФС/VBX) — вычислительное устройство дискретного типа.
Так как в данном случае требуемое функциональное преобразование выполняется вычислительными устройствами, а преобразователи служат лишь для линейной переработки информации, то схема устройства для функционального декодирования и кодирования усложняется. Поэтому несомненный интерес приобретают так называемые функциональные ко
дирующие и декодирующие преобразователи, которые по своему прин
ципу действия относятся к устройствам непрерывно-дискретного типа и непосредственно, без применения отдельных вычислительных устройств, обладают характеристиками вида (3) и (4).
Данная статья посвящена рассмотрению одного из возможных способов построения функциональных декодирующих и кодирующих преобразо
вателей [3, 4 ] .
2. Электронный функциональный декодирующий преобразователь осуществляет процесс автоматического преобразования цифровой инфор
мации Ni, заданной обычно в виде параллельного двоичного кода, в вы
ходное напряжение £7 2 по зависимости (3).
Вследствие дискретности входной информации N1 напряжение Г72 имеет ступенчатый характер (рис. 1), причем величина ступени Д Г/,
в А в т о м а т и к а и т е л е м е х а н и к а , № 2
210 В. Б. Смолов
в отличие от линейного кодирующего преобразователя, является здесь функцией iVi:
AU = f(N1).
При построении функциональных декодирующих преобразователей могут быть использованы методы кусочно-линейной, кусочно-ступенча
той, кусочно-нелинейной и плавной аппроксимации функции (3) [5, 6 ] , однако в дальнейшем рассматривается метод кусочно-линейной аппрок
симации, дающий наиболее простое схемное решение. Как видно из рис. 1,
Р и с . 1 Р и с 2
Р и с . 1. К у с о ч н о - л и н е й н а я а п п р о к с и м а ц и я ф у н к ц и й при дискретном з а д а н и и [ а р г у м е н т а Р и с . 2 . Б л о к - с х е м а декодирующего ф у н к ц и о н а л ь н о г о п р е о б р а з о в а т е л я !
при этом методе выходное напряжение имеет ступенчатый характер, но в пределах одного линейного участка / величина ступени остается по
стоянной.
Функциональный декодирующий преобразователь с кусочно-линей
ной аппроксимацией должен работать в режиме делителя напряжения, имеющего ступенчатый характер изменения коэффициента деления. Для этого может быть использована схема рис. 2, содержащая линейный де
кодирующий преобразователь с постоянным выходным сопротивлением ЛДП9 электронный коммутатор ЭК-j номера участка аппроксимации и группу постоянных добавочных проводимостей Уд j , подключаемых к выходу линейного декодирующего преобразователя ключами Kj при помощи ЭК-]\ в зависимости от значения входной цифровой информа
ции.
Чтобы выходное напряжение U2j не изменялось в момент включения добавочной проводимости Ую-, последняя должна подключаться к опор
ному источнику U0j, образуемому от источника U0 при помощи оми
ческих делительных цепочек последовательного или параллельного типа.
Различные варианты выполнения линейных декодирующих преобра
зователей, отличающиеся один от другого количеством и номиналами разрядных сопротивлений, изображены нд рис. 3, а, б, в. Если раз
рядные проводимости этих линейных декодирующих преобразователей выбраны, как это показано на рис. 3, кратными степеням двойки, то любому входному коду числа Л7^, поступающему на коммутацию ключей К\ от разрядных ячеек регистра, хранящего код числа Аг ь соответст
вует пропорциональное выходное напряжение U2i:
N • У .
- 77 . _ ГГ 1 1 — ТТ
и 2i — 0 / V — 0 У ' т га
Электронные функциональные преобразователи 211
где Ym — максимальная проводимость преобразователя, Nm — макси
мальное значение цифровой информации.
Выходная проводимость преобразователей, изображенных на рис. 3, не зависит от положения переключателей Ki" и равна
5% ы х = Ym + FH = (2- - 1) У0 + Гн = const, где п — число разрядов регистра.
hod N
Код/У
г°щ
Л г
3* г
4? г
5*.
г6чг
1* А Л
2R 2R ZR 2R Р и с . 3. Л и н е й н ы й д е к о д и р у ю щ и й п р е о б р а з о в а т е л ь с посто
я н н ы м выходным сопротивлением
При изменении напряжения питания линейного декодирующего пре
образователя пропорционально аргументу W обеспечивается задача умножения этого непрерывного аргумента на цифровую величину N-^:
3. Для расчета функционального декодирующего преобразователя, построенного по схеме рис. 2, исходными являются функциональная характеристика преобразователя Z = <D(z), требуемая точность декоди
рования AZ, напряжение источника питания U0 и его выходное сопро
тивление ги и сопротивление нагрузки на преобразователь i?H. Расчет производится по следующим этапам.
6*
212 В. В. Смолов
а) По заданной ошибке AZ выполняется кусочно-линейная аппро
ксимация функции Z, определяется число линейных участков и нахо
дятся их ориентировочные координаты Xj, Zj.
б) Из соображений минимальной нагрузки на источник UQ выбирается величина максимальной проводимости преобразователя
и
в) Определяется величина дискретности ( А Х )М И Н поступления в преобразователь аргумента X, соответствующее число отсчетных деле
ний Nm и масштаб аргумента тх:
( д у Л <^ ( ^ ) м а к с д т ^ ^ м а к с _ - ^ м ;
причем Nm должно обеспечивать целый масштаб тх.
г) Рассчитываются числовые значения аргумента с учетом масштаба
д) Выписываются коды чисел Nj и разрабатывается схема электрон
ного коммутатора ЭК-f, содержащая простейшие логические ячейки
«и» и «или». Для этой цели абсциссы Nj можно уточнять в пределах области заданной ошибки AZ таким образом, чтобы коды чисел в пределах от Nj до Nj+1 имели общую группу разрядных состояний.
е) После уточнения величины абсцисс Nj производится пересчет ординат Zj участков аппроксимации.
ж) Рассчитываются приращения^ числовых абсцисс для каждого уча
стка
з) Выбирается масштаб по Z на основе данных участка аппрокси
мации, воспроизводимого без добавочных проводимостей Уд ;- и, сле
довательно, обладающего наибольшим угловым коэффициентом
и) Рассчитываются напряжения в узловых точках аппроксимации U2j и их приращения AjU2:
23—1'
к) Определяются добавочные проводимости, которые должны под
ключаться к выходу линейного декодирующего преобразователя при достижении входной величиной N значения Nj+1 и образовывать новый коэффициент деления напряжения для каждого из участков
г Un гд J V ,„ У .
Уд;' — У m о 3
л) Определяются опорные напряжения Uoj, к которым должны подключаться1 добавочные проводимости Уд, , причем возможны два случая расчета опорных напряжений.
Если добквочные проводимости Уд ;- образуются в схеме функцио
нального декодирующего преобразователя без использования проводи
мостей предыдущих участков yHj - i , то U0j = U2j- Если добавочная
Электронные функциональные преобразователи 213
проводимость Y^j образуется путем подключения проводимости У'д,- к проводимости 2 ^'дь то опорные напряжения U0j рассчитываются по
1 формуле
Vo, = ±lU2i(Yn + Yni +
Y*)-U
0p-Y^%
где
Yjij — Y
nj
ю—i-м) Рассчитывается пороговая цепочка для установки напряже
ний U0j.
4. Если функциональный декодирующий преобразователь должен работать на низкоомную или переменную нагрузку, то его схема выпол
няется по активному принципу (рис.4) [4].
Активный функциональный декодирую
щий преобразователь содержит операцион
ный усилитель ОУ, входная цепь кото
рого состоит из цифровой проводимости Yx, изменяющейся пропорционально циф
ровой информации Nx, и шунтирующих постоянных добавочных проводимос- тей У
{выход)
(вход)
Рис. 4 . Схема активного деко
дирующего функционального преобразователя
Добавочные проводимости Уд;- под
ключаются во входную цепь ОУ при помощи электронного коммутатора ЭК-j номера участка аппроксимации в моменты равенства переменной входной величины Nx фиксированным значениям абсцисс участков аппроксимации NXj.
Цепь обратной связи ОУ состоит из постоянной проводимости У0 и шунтирующих ее добавочных проводимостей У0j, также подключаемых электронным коммутатором ЭК-j при достижении входной величиной значений Nxj.
Если Ym — максимальная цифровая проводимость, пропорциональная максимальной входной цифровой информации i Vx m, то приращение проводимости AYX входной цепи усилителя на единицу цифровой ин
формации составляет YmfNxm, и соответствующее приращение выходного напряжения [AU2]AN=I равно:
N Y 4- У of
(5) Это приращение выходного напряжения, обеспечиваемое схемой ак
тивного функционального декодирующего преобразователя, должно быть равным единичному приращению напряжения [ДСУ2]Гр, полученно
му из графика кусочно-линейной аппроксимации заданной функции U2=F(NX):
№ ] r p = ДАТ 23
^хт ^ хз
Приравнивая (5) и (6), получаем У0 + Уо; = Д; Уа
ки, 2 }
(6)
(7) Начальная ордината U2j линейного участка / , определенная из графика аппроксимации, обеспечивается в схеме рис. 4 за счет одно-
2 1 4 В. В. Смолов
временного подключения добавочных проводимостей Y0j и Уд;- в соот
ветствующие цепи усилителя. При этом должно быть обеспечено оче
видное соотношение
23
У . 4- У . У 4-У . • (8)
л о | х оз
Из уравнений (7) и (8) определяются величины добавочных прово
димостей Y0j и Уд;, обеспечивающих кусочно-линейную аппроксима
цию заданной функции цифрового аргумента U2 = F (Nx). Выходное напряжение усилителя при этом будет изменяться в пределах линей
ного участка аппроксимации / по закону У 4 У •
PC (Ьыход)
у 4- у . *
± о * х оз
Отличительной особенностью активного функционального декоди
рующего преобразователя является отсутствие в его схеме специальной делительной цепочки для создания опорных напряжений.
Образование немонотонных функций в данном случае может быть реализовано либо при помощи усложнения схемы преобразователя за счет введения добавочных операционных усилителей, либо за счет ис
пользования операционного усилителя с дифференциальным входным ка
скадом, как это выполняется в диодных функциональных преобразователях моделирующих устройств [7].
5. Кодирующие функциональные преобразователи для реализации зависимости (4) могут быть построены по разомкнутой и замкнутой схемам.
В первом случае функциональное кодирование осуществляется за счёт применения специальной маски в кодирующих преобразователях
с электронно-лучевой трубкой [8]. Одна
ко присущие этим преобразователям не
достатки (сложность устройства и наличие ошибки неопределенности) ограничивают их использование в автоматических систе
мах управления и контроля.
Замкнутая схема функционального кодирующего преобразователя, изобра
женная на рис. 5 [ 1 , 8 ] , представляет со
бою электронную импульсную следящую систему, в контур обратной связи которой включен ранее рассмотренный функцио
нальный декодирующий преобразователь.
Кодируемое напряжение f/BX сравнивается на блоке выработки ошибки рассогласования СБ с выходным напряжением функционального декодирующего преобразователя Е/"0Тр. Напряжение рассогласования AU = UBX — Uотр усиливается усилителем петли обратной связи УС.
Напряжение UY — K1C AU поступает на две ячейки совпадения СС-1 и СС-2, на вторые входы которых подаются, например, импуль
сы от генератора импульсов типа свободного мультивибратора МВБ.
В зависимости от знака рассогласования та или другая ячейка совпа
дения пропускает на реверсивный счетчик PC импульсы МВБ и ком
мутирует соответствующий режим работы счетчика («сложить», «вы
честь»).
Счет импульсов от МВБ продолжается счетчиком до тех пор, пока фиксируемое на нем число Nz не установит на выходе функциональ
ного декодирующего преобразователя напряжение
Г N
U0TV = U0O ^ Р и с . 5 . Блок-схема функцио
нального кодирующего преобра
зователя
Электронные функциональные преобразователи 215
обеспечивающее баланс схемы
и0Ф 0.
Очевидно, что слежение напряжения U0Тр за входным напряжением UBX и обеспечивает функциональное кодирование вида F(UBX), если декодирующий преобразователь в петле обратной связи имеет обратную характеристику
1. Notes on Analog-Digital Conversion Techniques, edited by A. Sasskind. The Techno
logy Press, Massachusetts Institute ol Technology, 1957.
2. Ф е л ь д б а у м А . А. Вычислительные устройства в автоматических системах.
Физматгиз, 1959.
3. С м о л о в В . Б . Функциональный преобразователь цифровой величины в непре
рывную величину. Авторская заявка № 645818/16. 30 ноября 1959 г.
4. С м о л о в В . Б . Активный декодирующий функциональный преобразователь.
Авторская заявка № 670336/26, 17 июня 1960 г.
5. S m i t h В. D . Coding by Feedback Methods. Proc. I R E , No. 8, 1953.
6. H o f h e i m e r R. N . , P e r r y R. E . Digital-analog Function Generators Trans.
I R E , 1—7, No. 2, 1958.
7. К о г а н Б . Я . Электронные моделирующие устройства и и х использование для исследования систем автоматического регулирования. Физматгиз, 1959.
8. К л е й н М., М о р г а н Г., А р а н с о н М. Цифровая техника для вычислений и управления. Изд-во иностр. литер., 1960.
Поступила в редакцию 10 октября 1960 г.
Цитированная литература
ELECTRONIC DECODE A N D CODE FUNCTIONAL GENERATORS
V . B . S M O L O V
There are described digital-analog computers which can be used for functional de
coding of digital information and for functional coding of analog information.
The calculation of these computers is given.
