Функциональный преобразователь аналог—цифра

 

г

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ Х АИТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

388361

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. Н 03k 13/02

G 06j 3/00

Заявлено ОЗ.Ч.1971 (№ 1652597/18-24) с присоедияением заявки №

Приоритет

Опубликовано 22.VI.1973. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 12.Х.1973

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.325 (088.8) Авторы изобретения

Ю, h. Ефимов и О. Б. Станныевский

Заявитель

Таганрогский радиотехнический институт

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОà — ЦИФРА

Изобретение может быть использовано в комбинированных вычислительных комплексах, объединяющих аналоговую и цифровую аппаратуру.

Обычно информация, передаваемая из аналоговой части в цифровую, преобразуется в соответствии с некоторой функциональной зависимостью. Это преобразование может быть выполнено как в аналоговой, так и в цифровой форме. Преобразование в аналоговой форме требует наличия универсального диодного функционального преобразователя. Функция, получаемая на выходе преобразователя в виде изменяющегося напряжения, преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровую форму.

Такие функциональные преобразователи сложны в настройке, требуют больших затрат оборудования и не обеспечивают достаточной точности. Кроме того, они не позволяют осуществлять автоматическую настройку на заданную функцию. Поэтому функциональное преобразование в аналоговой форме в большинстве случаев неприемлемо.

При цифровом функциональном преобразовании аналоговый аргумент заданной функции вначале преобразуется с помощью преобразователя аналог — цифра в цифровую форму. Затем производится функциональное преобразование либо с помощью соответствующих программ в цифровых вычислительных машинах, либо с помощью некоторого набора решающих блоков в цифровых интегрирующих машинах, либо, наконец, с помощью задания

5 таблиц функциональных зависимостей в случае, когда аналоговое представление функции отсутствует или оказывается слишком сложным.

Однако преобразование в цифровой форме

10 требует много времени при вычислении функций на цифровых вычислительных машинах и большого количества решающих блоков в цифровых интегрирующих машинах.

Цель изобретения — сокращение затрат

15 оборудования и времени на вычисление функций аналогового аргумента.

В предлагаемом функциональном преобразователе аналог — цифра эта цель достигается за счет применения в нем запоминающего уст20 ройства для хранения информации о наклоне линейных отрезков кусочно-линейной кривой, аппроксимирующей исходную функцию, и простейшего линейного преобразователя. При этом выходы старших разрядов счетчика со25 единяют с адресными шинами запоминающего устройства, а выходы младших разрядов счетчика и разрядов регистра числа запоминающего устройства соединяют с входами линейного преобразователя, на выходе которого

30 образуется приращение функции.

388361

Блок-схема предлагаемого функционального преобразователя аналог — цифра изображена на фиг. 1; на фиг. 2 показаны ступенчатые кривые, аппроксимирующие линейные, для четырех значений наклона и соответствующие этим значениям последовательности приращений функции Ау в зависимости от состояния счетчика.

Функциональный преобразователь аналог— цифра включает в себя счетчик 1, преобразователь 2 цифра — аналог, схему 3 сравнения и схему «И» 4. Счетчик 1 (старшие разряды) используется в функциональном преобразователе в качестве счетчика адреса запоминающего устройства 5. Выходы счетчика 1 (младшие разряды) и регистра числа запоминающего устройства 5 соединены с входами линейного преобразователя б, на выходе которого образуются элементарные (единичные) приращения функции в потенциальной форме.

В функциональном преобразователе применена кусочно-линейная аппроксимация заданной функции и ступенчатая аппроксимация линейных отрезков. Аргумент х функции у разбит на 2 " отрезков, каждый из которых содержит 2" элементарных приращений At; т — количество старших разрядов, и — количество младших разрядов счетчика 1. Величины т и и, а также соотношение между ними выбирают из условий допустимых величин погрешностей линейной и ступенчатой аппроксимаций. Затем функцию у масштабируют таким образом, чтобы наибольшая величина наклона была меньше единицы. Величины возмож1 ных наклонов в этом случае равны ++ — (i= г.

=О, 1, ...,2" — 1) и хранятся в запоминающем устройстве, причем в ячейке с данным адресом хранится значение наклона аппроксимированной функции на отрезке, номер которого равен данному адресу.

В исходном состоянии в счетчике 1 находится исходное значение аналогового аргумента х, в регистре числа запоминающего устройства 5 — исходное значение наклона аппроксимированной функции. Знак наклона из разряда знака регистра числа выведен на шину «sign Ag» знака приращений функции.

В старших разрядах счетчика 1 находится номер обрабатываемого отрезка, в младших разрядах счетчика — номер приращения Ах на данном отрезке.

Если обозначить, начиная с младших разрядов, единичные состояния разрядов регистра числа в запоминающем устройстве 5 через r; (i = 1, 2, ..., n), а счетчика 1 — через s; (i = 1, 2, ..., n), то работу линейного преобразователя б можно описать логической формулой

Ay =r S„S„— i S„ ° ° ° SI+r S„— iS„— ° ° ° S +

+... + г„15,S, + r„S„(*) где IAel — модуль приращения функции у, который может принимать одно из двух значений, «О» или «1».

15 гю гь

ss

При изменении входной аналоговой величины х, которая поступает на один вход схемы 8 сравнения, на выходе последней имеется сигнал рассогласования, равный «1», если выходная величина преобразователя 2 цифра — аналог отличается от входной. Выходной сигнал со схемы сравнения открывает схему «И» 4, и импульс приращения At независимой переменной, поданный на второй вход схемы «И»

4, проходит на вход счетчика 1 — состояние счетчика изменяется, соответственно изменяются и значения выходных величин преобразователя 2 и линейного преобразователя б. На выходе Луj линейного преобразователя б имеется код, соответствующий величине приращения функции на данном отрезке при вновь образовавшемся в счетчике 1 номере приращения Ах. На выходе схемы 8 код «1» сохраняется до тех пор, пока выходная величина преобразователя 2 цифра — аналог не сравняется с входной аналоговой величиной х.

При этом импульсы At поступают из счетчика

1. Как только младшие разряды счетчика 1 переполняются, импульс переполнения поступает на старшие разряды счетчика. Состояние счетчика 1 изменяется на единицу. Этим подготовляется к чтению из запоминающего устройства следующая ячейка с новым значением наклона, Импульс переполнения со счетчика 1 подается также на шину чтения запоминающего устройства. В регистр числа запоминающего устройства 5 соответственно считывается новое значение наклона линейного отрезка аппроксимированной функции.

Пример работы линейного преобразователя б при п=4. В этом случае регистр числа запоминающего устройства 5 имеет четыре числовых разряда и один знаковый, счетчик 1 также содержит четыре разряда, Разрядам регистра соответствуют следующие величины наклонов: первому разряду /Iq, второму /,, третьему 4/>< и четвертому />z (на фиг. 2а — 2г соответственно) .

Приращение Лу равно единичному приращению At для наклона, равного /Iz, тогда, когда содержимое счетчика равно восьми, для наклона /16) когда содержимое счетчика равно четырем и двенадцати и т, д. Наклоны, изображенные на фиг. 2, являются основными. Остальные наклоны образуются суммированием основных, причем арифметическое суммирование совпадает с логическим. В результате оказалось возможным реализовать основные наклоны с помощью схем «И», а суммирование их — с помощью схемы «ИЛИ».

В формуле (" ) каждое слагаемое образует один из основных наклонов. Какой из наклонов необходимо образовать, определяют разряды регистра числа. Так, если в первом разряде r> регистра числа содержится единица, то наклон равен />z, если единицы содержатся во всех разрядах, то образуются все основные наклоны. Сумма этих наклонов дает наклон, величина которого находится в регистре числа запоминающего устройства 5. Таков

388361 наклон 0/,|;, который равен сумме наклонов />e и /q|; (фиг. 2д).

Настройка преобразователя на заданную функцию осуществляется довольно просто путем записи значений наклонов в запоминающее устройство.

Для построения функционального преобразователя необходимы простое запоминающее устройство и линейный преобразователь. Так, для дгснадцатиразрядного преобразователя аналог — цифра достаточно иметь запоминающее устройство на 128 шестиразрядных чисел.

Для реализации линейного преобразователя необходимо иметь лишь пять схем «И» и одну схему «ИЛИ».

Сокращение времени вычислений функций очевидно, так как собственно процесс вычислений отсутствует. Образование приращений функции происходит практически одновременно с преобразованием аналогового аргумента в цифровой код.

Предмет изобретения

Функциональный преобразователь аналог— цифра, содержащий счетчик, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия преобразователя, он содержит преобразователь цифра — аналог, линейный

10 преобразователь, схему сравнения, схему «И» и запоминающее устройство, выходы старших разрядов счетчика подключены к преобразователю цифра — аналог и через запоминающее устройство к линейному преобразователю, вы1S ходы младших разрядов счетчика соединены с линейным преобразователем и с преобразователем цифра — аналог, выход которого через схему сравнения и схему «И» подключен к счетчику.

388361 а

it 1"

О 4й Вь с ct t /бМ

«/1б

0 «u.-g Ж

/гж и

Щ1 ФЗ t

0 И бИ а t6bt

dt а и!г ЛЮ tZtt /а %б

g /й1

1

1 1

I

i !

1

1

1

I !

:) I

I I

0 4Я gdt 128t АМ

"!Л Г Л П ГП3 П

0 ::t 01 ж 9dt

Фиг. 2

Составитель В. Орлова

Техред А. Камышникова Корректор Т. Гревцова

Редактор И. Орлова

Заказ 2724/15 Изд. № 1692 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 5I(-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова,?