ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТАБЛИЧНОГО ТИПА

Полезная модель относится к автоматике, вычислительной технике и может использоваться в системах управления, а также при автоматической обработке информации.
Известен функциональный преобразователь, являющийся наиболее близким аналогом (патент RU 2147789, МПК Н03К 19/02, Н03М 1/00), состоящий из аналого-цифрового преобразователя и цифроаналогового преобразователя, логического преобразователя сигналов, выполненного в виде дешифратора, который включает в себя восемь двухвходовых элементов И, коммутатора, состоящего из десяти блоков коммутации, каждый из которых выполнен на десяти двухвходовых элементах И, а также блока управления, который включает восемь двухвходовых элементов И, причем вход аналого-цифрового преобразователя является информационным входом функционального преобразователя, а выход цифроаналогового преобразователя - его выходом, входы блока управления являются внешними входами управления.
К недостаткам прототипа относятся:
- ограниченное количество возможных преобразований сигнала за счет использования логических функций
- малое количество возможных входных/выходных значений (разрешение функционального преобразователя).
Задачей, решаемой полезной моделью, является расширение функциональных возможностей устройства, путем обеспечения возможности задания нескольких вариантов преобразования сигнала и увеличения количества входных и выходных значений сигнала, а также упрощение схемы устройства.
Поставленная задача решается тем, что функциональный преобразователь, содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выходы которого подсоединены ко входам логического преобразователя сигналов, вырабатывающего управляющие сигналы для цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и блока управления (БУ), входы которого являются внешними входами управления, а выходы подсоединены ко входам логического преобразователя, согласно техническому решению дополнительно содержит два масштабирующих устройства установленных на входе и выходе функционального преобразователя, выход первого масштабирующего устройства подключен ко входу АЦП, вход второго масштабирующего устройства подключен к выходу ЦАП, причем блок управления выполнен на основе микроконтроллера, к выходам которого подключены управляющие входы первого и второго масштабирующих устройств, а логический преобразователь сигналов выполнен на основе запоминающего устройства (ЗУ) с двумя наборами портов адреса и портов данных, разрядность которых выше разрядности ЦАП и АЦП, при этом первый порт адреса ЗУ подключен к выходам АЦП, первый порт данных ЗУ подключен ко входам ЦАП, второй порт адреса ЗУ и второй порт данных ЗУ подключены к микроконтроллеру, к которому подключены также свободные биты первого порта адреса ЗУ.
На фиг.1 изображена структурная схема функционального преобразователя табличного типа. На фиг.2 изображена электрическая схема масштабирующего устройства.
Функциональный преобразователь табличного типа содержит первое масштабирующее устройство (M1) 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, микроконтроллер (МК) 3, запоминающее устройство (ЗУ) 4, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 5, второе масштабирующее устройство (М2) 6. Вход управления 7 первого масштабирующего устройства 1 подключен к выходу 36 микроконтроллера 3. Вход 8 первого масштабирующего устройства 1 является входом функционального преобразователя. Выход 9 первого масштабирующего устройства 1 подсоединен ко входу 10 аналого-цифрового преобразователя 2. АЦП и ЦАП имеют разрядность R=12. Выходной порт 11…22 аналого-цифрового преобразователя 2 подключен к первому порту адреса 23…34 запоминающего устройства 4. К микроконтроллеру 3 подключен вход 35, который является управляющим входом функционального преобразователя. Разрядность портов адреса и портов данных ЗУ 4 больше разрядности АЦП и ЦАП и равняется m=16. Оставшиеся четыре (n=(m-R)=4) свободных (старших) бита 41…44 первого порта адреса ЗУ 4 подключены к выходам 37…40 микроконтроллера 3. Второй порт адреса 45…60 запоминающего устройства 4 подключен к микроконтроллеру 3. Первый порт данных 78…89 запоминающего устройства 4 подключен ко входному порту 90…101 цифро-аналогового преобразователя 5. Второй порт данных 61…76 запоминающего устройства 4 подключен к микроконтроллеру 3. Выход 102 цифро-аналогового преобразователя 5 подключен ко входу 104 второго масштабирующего устройства 6, вход управления 103 которого подключен к выходу 77 микроконтроллера 3.
Масштабирующее устройство 1, 6 (M1, М2) содержит ЦАП 106, вход опорного напряжения 8 (104) которого является входом масштабирующего устройства. Вход данных 7 (103) ЦАП 106 является управляющим входом масштабирующего устройства. Выход 112 ЦАП 106 через резистор 107 соединен с инвертирующим входом 113 операционного усилителя 109, выход 9 (105) которого является выходом масштабирующего устройства. Выход 9 (105) операционного усилителя 109 соединен с инвертирующим входом 113 через резистор 108.
Масштабирующее устройство работает следующим образом: на цифровой вход 7 (103) ЦАП 106 подается управляющий сигнал, задающий масштабный коэффициент. а вход 8 (104) ЦАП 106 подается входной сигнал масштабирующего устройства. ЦАП 106 производит умножение входного сигнала 111 на масштабный коэффициент. ыходной аналоговый сигнал ЦАП 106 в виде тока с выхода 112 с помощью операционного усилителя 109 и резисторов 107 и 108 преобразуется в напряжение на выходе 9 (105) операционного усилителя 109, которое является выходом масштабирующего устройства.
Работа функционального преобразователя табличного типа.
В исходном состоянии микроконтроллером 3 задаются коэффициенты умножения первого и второго масштабирующих устройств 1 и 6 с помощью входов управления 7 и 103, производится запись функциональных зависимостей в запоминающее устройство 4 через второй порт адреса 45…60 и второй порт данных 61…76, а также выбор текущей функциональной зависимости с помощью установки значений четырех свободных бит первого порта адреса 41…44 запоминающего устройства 4, соответствующих номеру требуемой настройки, n=(m-R) где, n  номер требуемой настройки, m - азрядность портов адреса и данных ЗУ 4, R - разрядность АЦП 2 и ЦАП 5.
В процессе работы входной сигнал функционального преобразователя поступает на вход 8 первого масштабирующего устройства 1. С выхода 9 первого масштабирующего устройства 1 сигнал поступает на вход 10 АЦП 2. Сигнал с выходов 11…22 АЦП 2 поступает на первый порт адреса 23…34 ЗУ
4. На выходе первого порта данных 78…89 ЗУ 4 устанавливается значение, соответствующее входному значению на первом порту адреса 23…34. Таким образом, каждому входному значению в ЗУ соответствует только одно выходное значение, т.е. ЗУ содержит таблицу поиска для входного сигнала. Значение с первого порта данных 78…89 ЗУ 4 поступает на вход 90…101 ЦАП
5. Сигнал с выхода 102 ЦАП 5 поступает на вход 104 второго масштабирующего устройства 6. Сигнал с выхода 105 второго масштабирующего устройства является выходом функционального преобразователя.
m-R
Функциональный преобразователь табличного типа позволяет задавать N различных функциональных зависимостей выходного сигнала от входного, где N=2, где N - количество функциональных зависимостей выходного сигнала от входного; m - разрядность портов адреса и данных ЗУ, R - разрядность АЦП и ЦАП. В приведенном примере конкретного выполнения для выбора текущей функциональной зависимости отведено четыре свободных бита первого порта адреса ЗУ 4 (входы 41…44), что позволяет выбирать одну из 16 различных функциональных зависимостей, предварительно записав их все в ЗУ 4. Оставшиеся двенадцать бит первого порта адреса используются для получения входного сигнала от АЦП 2. В общем случае возможно использовать произвольное количество бит адреса для выбора функциональной зависимости, что определяется задачей и конфигурацией конкретного функционального преобразователя.
Разрешение функционального преобразователя, т.е. дискретность задания входных и выходных значений равняется 2. Переключение между функциональными зависимостями осуществляется с помощью первых n=(m-R) битов первого порта адреса ЗУ, управление которыми может осуществлять МК или в общем случае внешнее управляющее устройство.
Перезапись в процессе работы устройства функциональных зависимостей в ЗУ новыми позволяет обеспечить смену функциональных зависимостей без прерывания работы. Введение масштабирующих устройств позволяет обеспечить работу с входными и выходными аналоговыми сигналами любой амплитуды без потери точности, что расширяет функциональные возможности функционального преобразователя. Упрощение схемы устройства позволило использовать стандартные интегральные микросхемы, что избавляет от большого числа внутриблочных соединений, и повышает надежность схемы в целом.