Введение к работе
Актуальность работы. В современных системах управления различного назначения возникает необходимость построения специализированных вычислительных средств, содержащих вычислительные преобразователи импульсных сигналов (ШИМ.ЧИМ.ИКМ). Среди них определенное место занимают цифро-импульсные вычислительные устройства (ЦИВУ). В частности, они входят в состав некоторых автоматических систем управления и обработки информации и информационно-измерительных систем. "
Прогресс цифровой вычислительной техники и появление микропроцессорных БИС не исключают целесообразности применения, ЦИВУ в определенных условиях. Применение микропроцессорных БИС в системах управления, где необходимо воспринимать импульсные сигналы, связано с использованием входных преобразователей, последующей обработкой цифровых данных и обратным преобразованием результатов в импульсную форму. В таких случаях ЦИВУ, обрабатывающие цифро-широтно-частотную информацию, могут оказаться более простыми, так как при их использовании в подобных условиях отпадает необходимость в специальных преобразователях формы представления информации.
Практический интерес к структурам ЦИВУ в настоящее время связан с эффективным использованием технологии получения микросборок и освоением базовых матричных кристаллов (БМК) и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). При этом важным моментом является возможность выполнения ЦИВУ в пределах одного БМК или одной ПЛИС
Интерес к возможностям и перспективам использования функциональных преобразователей информации проявляют многие ученые как в России, так и за рубежом. Наиболее значительный вклад в развитие методов анализа и синтеза таких устройств внесли Воронов А.А., Смолов В.Б., Угрюмов Е.П., Чернявский Е.А., Паламарюк Г.О., Оранский A.M., Пухов Г.Е., Г.Корн, Г.Шмид, Данчёев В.П., Герасимов И.В., Сафьянников Н.М. и др.
Целесообразно* дальнейшее совершенствование ЦИВУ в направлении повышения точности, быстродействия, помехоустойчивости, улучшения структуры, уменьшения затрат оборудования и простоты технологической реализации .
Целью диссертационной работы, является исследование, разработка и улучшение параметров ЦИВУ с дробно-рациональными функциональными характеристиками, причем основными Задачами работы являются :
разработка структурных Элементов базовых схем ЦИВУ;
исследование возможности повышения точностных характеристик замкнутых ЦИВУ струнтурными методами;
анализ И синтез базовых Схем ЦИВУ, воспроизводящих нелинейные функциональные завШймосіти;
анализ возможностей реализации предложенных ЦИВУ на основе БМК и ПЛИС;'
-^ разработка ЦИВУ, используемых в практических задачах;
Методы исследования. ОЬнЬвные теоретические исследования проведены с использованием теории обыкновенных дифференциальных уравнений. Экспериментальные данные получены в результате моделирования предложенных- структур - с помощью Пакета Micrologic на компютере IBM PC.
Научная новизна заключается в следующем :
-
Предложена методика анализа ЦИВУ с помощью обыкновенных дифференциальных уравнений.- Особенность данной методики заключается в том, что она дает возможность описывать поведение ЦИВУ в динамике.
-
Разработан многофункциональный преобразователь кода в Частоту,.который в отличие от известных может преобразовать входной код в частоту импульсных последовательностей не только по линейному закону преобразования, но и по нелинейному .
-
Предложена методика существенного улучшения точностных характеристик ЦИВУ за счет введения запоминающей обратной связи, в результате чего, в отличие от известных структур ЦИВУ, воспроизводится точное среднее значение' выходного кода.
-
Разработаны и исследованы -ЦИВУ, отличающиеся от известных повышенной точностью, меньшими аппаратурными затратами и лучшей технологичностью, причем характерными особенностями используюмых приемов упрощения прототипов являются
- применение метода коммутирования как опорных величин,
так и промежуточных процессов преобразования под управлением ШИМ-сигнала, в результате чего достигается возможность использовать в качестве сумматора импульсных последовательностей простой логический элемент ИЛИ;
использование методов совмещения функций отдельных структурных блоков и возможностей, достигаемых благодаря суммированию и фазированию отдельных импульсных потоков на входе и выходе цифро-импульсных преобразователей;
обеспечение независимости коэффициентов аппроксимации и самостоятельности отдельных контуров отрицательных обратных связей с целью эффективного использования достоинств методов распараллеливания в направлении повышения быстродействия и улучшения технологичности разработок.
Практическая ценность работы заключается в разработке инженерной методики проектирования устройств рассматриваемого класса, а также устройства для измерения средней температуры, что позволило при умеренных аппаратурных затратах повысить точность измерения. Разработаны цифровой термометр с более широкими функциональными возможностями И экономичные ЦИВУ, "предназначенные для выполнения математических операций. Кроме того разработанные схемы нашли применение в разрабатываемом вибровстряхивателе ВТ-1 для имнунно-ферментногр анализатора. Практическая ценность и новизна подтрерждаются решениями комитета Российской Федерации по патентам и товарным знакам на выдачу патентов, патентами а авторскими свидетельствами.
Апробация работы-'Основные положения и научные резуль* таты диссертационной работы докладывались и обсуждались на
науч.-уехн. конф. профессорско-преподавательского состава ЛЭТй им. В.И.Ульянова (Ленина), 1990 г.';
47-Й науч.-техн. конф., посвященной дню радио, Санкт-Петербург, 1992 г.;
республиканском семинаре по проблеме "Лабораторная диагностика ВИЧ-инфекции". Ужгород, 1992 г.;
48-Й науч.-техн. конф., посвященной дню радио. Санкт-Петербург, 1993 г.
5.Науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского «оства СПбГЭТУ, 1994 г.
. 4 -
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ, из них 5 авторских свидетельств, 3 патента РФ. Получено 3 положительных решений по заявкам на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит, из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 149 наименований и приложения.
Основная часть работы изложена на 110 страницах машинописного текста. Работа содержит 42 рисунка и 3 таблицы
Похожие диссертации на Разработка и исследование цифро-импульсных преобразователей с дробно-рациональными функциональными характеристиками
