Функциональный декодирующий преобразователь

 

б. оли ап оте.;а т,; 1-., с, О П И С А Н | >696489

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)ЗаЯвлено 21.10.76 (21) 2413838/18 24 (51)М. Кл, 2 с присоединением заявки.%

Cq 06 9 7/2

Государстееннн|й коихтет

СССР оо делам нзобрвтвннй н отнрытнй (23) П рнорнтет

ОпУбликовано 05.11.7с|. Бюллетень М 41

Дата опубликования описания 10 11 70 (5З) ЛК 681.33 (088. В (72) Авторы изобретения

Г. И. Греэдов, Г. Я. Иванов, Ю. П. Логвиненко и А. В. Микрюков (71) Заявитель

Институт электродинамики AH УССР (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ДЕКОДИРУ101ЦИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области вычислительной техники и техники преобразования и предназначено для использования как в качестве самостоятельного вычислительного блока специализированных вычислительных машин или устройств, в частности, в навигационном оборудовании, аппаратуре для расчета траекторий и в установках для моделирования условий полета, так и в качестве буферного блока между цифровой вычислительной машиной и аналоговым или гибридным процессором в аналога-цифровых комплексах.

Известны функциональные декадирующие преобразователи, преобразующие двоична-кодированные сигналы аргумента

|ет в аналоговые сигналы синуса и косинуса этого аргумента (1).

Основным недостатком известного преобразователя является либо низкая точность при сравнительно,-.растай конструкции шифратора и кодовых генераторов синуса и косинуса, либо значительные аппаратурные затраты для достижения погрешности преобразования, близкой к погрешности дискретности входной величины.

Кроме того, сложность таких преобразователей значительно возрастает, а быстродействие уменьшается, с ростом дли5 ны преобразуемого цифрового слова.

Известны также функциональные декодирующие преобразователи, реализующие кусочна-полиноминальную аппроксимацию

10 функций полиномами Лагранжа (2).

Функциональные ьозможности преобразователей подобного типа ограничены.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению яв15 фуц н ь и д д ру ий преобразователь, содержащий первый цифроаналоговый преобразователь, аналоговый и цифровой входы которого подключены соответственно, к источнику опорного напряжения и к первому цифровому входу функционального декодирующего преобразователя, второй и третий цифроаналоговые преобразователи, цифровые входы которых подключены к младшим

696489 4 мента 9 от 9 до 1/2; коммутаторов 9 и 10 и выходных сумматоров 11 и 12, дешифратор 13.

На фиг. 2 обозначены: IJ< - напряs жение на выходе усилителя 4; U,U напряжения, соответственно, на входе и выходе инвертора 5; U Ug - напряжения на выходах переключателя полярности 6; U U — напряжения на выходах сумматора 11 и 12 - выходные напряжения преобразователя. Значения всех напряжений даны в функции аргумента Ю, изменяющегося в диапазоне от +1 до -1. Цифрами на эпюрах обозначены участки аппроксимации. Для конкретности схема фиг. 1 и эпюры фиг. 2 приведены для 16 участков аппроксимации во всем диапазоне изменения аргумента Ь, кроме того, на эпюрах фиг. 2 аргумент = сопа|..

На фиг. 3 — приведена укрупненная схема преобразователя.

Ках было указано выше, предлагаемый функциональный декодирующий преобразователь осуществляет одновременно операции цифроаналогового и функционального преобразования над двоично-кодированными сигналами и, представленные выражениями:

g "яс у 5 Я и ц = Я у АЛО (1)

При этом в преобразователе реализована одна из оптимальных аппроксимаций функций рядами по полиномам Чебышева второго порядка в соответствии с выражениями:

Я ь1п 3Z 8=51 (ЯРО- ЯЩД"-5„»

gcos0tg=g (Я д gRPz)-51 ЯР

АКР, (2) гдеР,Р разрядам второго цифрового входа функционального декодирующего преобразователя, старшие разряды второго цифрового входа которого подключены к входам дешифратора, блохи масштабных коэффициентов, выходные сумматоры, выходы которых являются выходами функционального декодирующего преобразователя,, усилитель и инвертор (3).

Недостатком известного преобразователя является его сложность, которая, в свою очередь, приводит к сниженшо точности и быстродействия.

Цель изобретения — повышение точнос- 15 ти и быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что введены переключатель полярности и коммутаторы, причем выход первого цифроаналогового преобразователя связан с неинвертирующим входом усилителя, инвертирующий вход которого соединен с аналоговым входом второго цифроаналогового преобразователя и с выходом третьего цифроаналогового преобразователя, вход которого через инвертор связан с выходом второго цифроаналогового преобразователя, выход усилителя соединен с первыми входами блоков масштабных коэффициентов, вторые входы кото30 рых через переключатель полярности связаны со входом и выходом инвертора, а выходы блоков масштабных коэффициентов через коммутаторы подключены ко входам выходных сумматоров, На фиг. 1 представлена схема функционального декодируюшего преобразовате-. ля; на фиг. 2 изображены эпюры напряжений, поясняощие его работу; на фиг . 3—

40 представлена схема получения при помощи преобразователя функциональных зависимостей Я1дЛЭ (R atgZQ) и

R 580 и ВОД аабЕС R 8) .

Устройство содержит первый цифроаналоговый преобразователь 1 аргумента

, второй и третий цифроаналоговый преобразователи 2 и 3 аргумента 9, причем входное сопротивление преобразователя 2 и выходное сопротивление преобразователей 1 и 3 постоянны и не зависят от преобразуемого кода, усилитель

4 с дифференциальным входом; инвертор

5 переключателя полярности 6 с синхронным и противофазным переключением контактов, двух блоков масштабных коэффициентов 7 и 8, количество резисторов в которых равно количеству участков аппроксимации в интервале изменения аргуи Р - полиномы Чебышева, соответственно нулевого, первого и второго порядков, причем

Р.=1, Р=0, Р

=20 1-, 83 — некоторая постоянная в пределах 1 -го участка, равная cspn Д 3;, raej =1, 2, 3...A;

9; - значение аргумента 9 в середине < -го участка;

П - количество участков аппроксимации в интервале изменения 9 От

О до 1/2;

Я 8 — текущие значения аргу1 ментов;

696489

С,51k - некоторые постоянные, зависящие от количества участков аппроксимации.

Благодаря быстрой сходимости рядов по полиномам Чебышева, удается, уже при небольшом количестве участков и невысоком порядке аппроксимирующего ряда, достичь незначительной методической погрешности. Так при кусочно-квадратичной аппроксимации выражений (3) рядом по полиномам Чебышева, при количестве участков r3 = 4, даже при условии равномерного разбиения на участки интервала изменения 9 (что особенно важно для существенного упрощения дешифратора 3 3 и блоков масштабных коэффициентов 7 и 8) методическая погрешность не превышает 0,03%. Из выражений (2) вид-. но, что коэффициент при линейной состав-, ляющей разложения. Я Ы г1 ЖЭ (Р со> Д8) и при разности постоянной и квадратичной составляющих разложения Я саэ Jta (R Ь1ПЖ&) равны с точностью до постоянного множителя К.Кроме того, все эти коэффициенты принадлежат одному набору коэффициентов 53 . Это позволило использовать два идентичных по конструкции и номиналам блоков 7 и 8, а также сократить количество резисторов в них.

Предлагаемый функциональный декодируюший преобразователь работает следующим образом. Цифровой код аргумента Я, после преобразования в цифроаналоговом преобразователе 1, поступает на неинвертирующий вход усилителя 4, при этом напряжение на неинвертируюшем входе изменяется пропорционально значению аргумента R. В силу особенности работы усилителя с дифференциальным входом, напряжение на его инвертирующем входе "следит" за напряжением на неинвертируюшем входе. Значение напряжечия на инвертируюшем входе усилителя

4 умножается преобразователем 2 на код аргумента 9 с образованием на выходе преобразователя 2 произведения

К RS в аналогово" форме (эпюра 1Т фиг. 2). Далее через инвертор 5 сигнал поступает на вход цифроаналогового преобразователя 3 для повторного умножения на код аргумента 9 с образованием на выходе преобразователя 3 произведения 2 GRS Таким образом, на выходе усилителя 4 образуется напряжение„соответствующее выражению в скобках разложений (2) . Ha входе и выходе

55 инвертора 5 образуются два равных и противоположных по знаку напряжения треугольной формы (эпюры U и фиг. 2), из которых при помощи переключателя полярности 6; образуются напряжения, соответствующие линейной составлягошей «+ +KRS разложений (2), представленных на эпюрах U и С3 фиг. 2. Блоками 7 и 8 через коммутато» ры 9 и 10 и выходные сумматоры 11 и 12 осуществляется суммирование по участкам составляющих разложений (2) с соответствующими коэффициентами Si

Изменение знака выходных величин осу1 щ.зствляется коммутаторами 9 и 10 переключением входных цепей выходных сумматоров 11 и 12 с инвертпрующего входа на неинвертируюший или обратно.

Младшие разряды кода аргумента Q поступают на цифроаналоговые преобразователи 2 и 3, а его старшие разряды преобразуются дешифратором 13 в сигналы управления коммутаторами 9 и 10 и переключателем 6, Предлагаемый функциональный декодирующий преобразователь позволяет также получить функциональные зависимости

RtgXQ u R 5ecKЗ или Rctjft.Ж и

Rcasec gt 6) за счет небольших схемных изменений (см. фиг. 3} и без дополнительного оборудования. Для этого выход сумматора 11 (3 2) через резистор 3 4 подключается к неинвертирующему входу усилителя 4, а выход цифроаналогового преобразователя l к инвертируюшему входу сумматора 11 (12), цепь обратной связи которого разомкнута. Таким образом, весь функциональный декодирующий преобразователь (за исключением выходного сумматора 12 (11) и цифроаналогового преобразователя 1) включается в цепь обратной связи сумматора

11 (12) и íà его выходе образуется зависимость R ьес д (9 (R cosec 0t Ь), а на выходе сумматора 12 (11) — зависимость R tg у, 11 (К c1.g ft 6), Сйевидно, что, в случае необходимости, возможно, при помощи несложного по конструкции коммутатора, автоматическое переключение режимов работы функционального декодирующего преобразователя для воспроизведения одной пз трек пар функциональных зависимостей, приведенных в начале настоящего описания.

Существенное упрощение схемы, а значит, снижение габаритов, веса и стоимости при одновременном расширегши функциональных возможностей, выгодно

7 6964 отличает предлагаемый функциональный преобразователь от указанного прототипа.

Предложенный преобразователь весьма перспективен для использования в вычислительной техниче, в частности, в бортовой вычислительной аппаратуре.

Формула изобретения о

Функциональный декодирующий преобразователь, содержащий первый цифроаналоговый преобразователь, аналоговый и цифровой входы которого подключены соответственно к источнику опорного напряжения и к первому цифровому входу функционального декодирующего преобразователя, второй и третий цифроаналоговые преобразователи, цифровые входы которых подключены к младшим разрядам второго цифрового входа функционального декодирующего преобразователя, старшие разряды второго цифрового входа которого подключены к входам дешифратора, 25 блоки масштабных коэффициентов, выходные сумматоры, выходы которых являются выходами функционального декодирующего преобразователя, усилитель и инвертор, отличающийся тем, что, зо с целью повышения точности и быстродей89 8 ствия преобразователя, в него введены переключатель полярности и коммутаторы, причем выход первого цифроаналогового преобразователя связан с неинвертирующим входом усилителя, инвертирующий вход которого соединен с аналоговым входом второго цифроаналогового преобразователя и с выходом третьего цифроаналогового преобразователя, вход которого через инвертор связан с выходом второго цифроаналогового преобразователя, выход усилителя соединен с первыми входами блоков масштабнмх коэффициентов, вторые входы которых через переключатель полярности связаны со входом и выходом инвертора, а выходы блоков масштабных коэффициентов через коммутаторы подключены ко входам выходных сумматоров.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

3 Патент Великобритании ¹ 1227778, кл. G 4 G, 1971.

2. Смолов В. Б. и Фомичев В. С.

Аналого-цифровые и цифроаналоговые не-, линейные вычислительные устройства, Л., Энергия, 1974, с. 141, 148.

3. Авторское свидетельство СССР № 399060, кл. Н 03 К 13/04, 1971 (прототип) .,,696489

Составитель С, Белан

Редактор Д. Зубов Техред.Л. Алферова Корректор А. Грипенко

Заказ 6770/51 Тираж 780 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

3.13035, Москва, K-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4