Логарифмирующее устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ВТИЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социапистическии

Республик

< >858011 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 263.179 (2!) 2843608/18-24 с присоединением заявим ¹ " (23) Приоритет

Опубликовано 23D831. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 23, 08, 81 (я)м. к,.з

G 06. G 37/24

Государственный комитет

СССР по делам изойретеиий и открытий

Рз) УДК 681, 335 (088, 8) Авторы (54) ЛО1 РИф 4ИРУ(0 (Е УСтрОЙСтНО

Изобретение относится к автоматики и вычислительной тех ники и может быть использовано для вычисления логарифмических функций в различных аналого-цифровых устройствах обработки измерительной информации.

Известно аналого-цифровое логариф« мирующее устройство, содержащее блок,. сравнения, блок выделения модуля с регулирующей зоной нечувствительности, нуль-орган, преобразователь напряжение-частота, блок нелинейного цифро" аналогового преобразователя в реверсивный счетчик (1). 1$

Известно также логарифмирующее устройство, содержащее регистр памяти,. блок вычисления характеристики, регистр сдвига, дешифратор и регистр результата 2). 20

Общим недостатком известных устройств — низкая точность логарифмического преобразования, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является лога- рифмнрующее устройство, содержащее регистр памяти, основной счетчик, элемент ИЛИ, дешифратор, подключен ный выходами к входам блока априорной памяти, и блок вычисления харак- 39 теристики, вход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, а выход — с управляющим входом регистра сдвига и с первым входом регистра результата, подключенного вторым входом к выходу блока апри орной памяти, причем основной счетчик соединен цифровым выходом с входами дешнфратора, входами установки кода — с цифровым выходом регистра сдвига, а счетным входом — с выходом элемента ИЛИ, подключенного входами к выходам группы элементов И, соединенных первыми входами с выходом блока вычисления характеристики, а вторыми входами — с входами блока вычисления характеристики и с выходами ре гистра памяти, информационный вход которого соединен с цифроввва входом устройства и с информационным входом регистра сдвига (3).

Недостаток устройства - низк®я точность логарифмического преобразования, которую можно повысить только за счет значительного увеличения аппаратурных затрат (путем увеличения объема блока априорной памяти s дешифратора).

lIens изобретения - повьваение точности преобразования, 858011

C этой целью в логарифмирующее устройство, содержащее регистр памяти, основной счетчик. элемент ИЛИ, дешифратор, подключенный выходами к входам блока априорной памяти, и блок вычисления характеристики, вход которого соединен с информационным входом регистра сднига, а выход— с управляющим входом регистра сдвига и с первым входом регистра результата, дополнительно введены сумматор, гене ратор импульсов, элемент задержки, 10 ключ, переключатель, первый и второй цыфроаналоговые преобразователи опорного сигнала и следящий аналого-цифровой преобразователь, выполненный на компараторе, элементеИ, счетчике 15 и цифроаналоговом преобразователе, подключенном выходом к первому входу компаратора,аналоговым входом— к выходу первого цифроаналогового преобразователя опорного сигнала, а 20 цифровым входом — к информационному входу регистра сдвига и к выходу счетчика следящего аналого-цифрового преобразователя, коцоный установочный вход которого соединен с выходом основного счетчика, информационным входом регистра памяти и с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя опорного сигнала, вход управления установкой кода — с выходом элемента ИЛИ, входом остановки генератора импульсов, входом элемента задержки и с управляющим входом регистра памяти, а счетный вход — с выходом элемента И, подключен- . ным первым входом к выходу генератора импульсов и к входу ключа, а вторым входом — к выходу компаратора, соединенного вторым входом с выходом переключателя, первый вход которого подключен к входу устройства, а вто- 40 рой вход — к выходу нто то цифроана логового преобразователя опорного сигнала, соединенного цифровым входом с выходом регистра памяти, причем входы элемента ИЛИ подключены к 45 выходам дешифратора, соединенного цифровым входом с выходом регистра сдвига, выход блока априорной памяти подключен через сумматор к второму входу регистра результата, а выход элемента задержки соединен с входом запуска генератора импульсов и с установочным входом основного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу ключа, I 55

На чертеже изображена блок-схема логарифмирующего устройства, содержащего дешифратор 1, подключенный выходами к входам блока 2 априорной памяти, блок 3 вычисления характеристики, вход которого соединен c 60 информационным входом регистра 4 сдвига, а выход — с управляющим входом регистра 4 сдвига и с первым входом регистра 5 результата, следящий аналого-цифровой преобразователь 65

6, выполненный на компараторе 7, элементе И 8, счетчике 9 и цифроанало гоном преобразователе 10, Преобразователь 10 подключен выходом к первому входу компаратора 7, аналоговым входом — к ныходу первого цифроаналогового преобразонателя 11 опорного сигнала, а цифровым входом — к информационному входу регистра 4 сдвига и к выходу счетчика 9, Счетчик 9 соединен кодовым установочным входом

: выходом основного счетчика 12, информационным входом регистра 13 памяти и с цифровым входом первого преобразователя 11, входом управления установкой кода — с выходом элемента

ИЛИ 14, входом остановки генератора

15 импульсов, входом элемента 16 задержки и с управляющим входом регистра 13 памяти, а счетный вход - c выходом элемента И 8. Элемент И 8 подключен первым входом к выходу генератора 15 и к входу ключа 17, а вторим входом — к выходу компаратора

7. компаратор 7 соединен нторымвходом .с выходом переключателя 18, первый нход которого подключен к входу 19 устройства, а второй нход — к выходу второго цифроаналогового преобразователя

20 опорного сигнала. Преобразователь.

20 соединен цифровым входом с выходом регистра 13 памяти. Входы элемента ИЛИ 14 подключены к выходам дешифратора 1, соединенного цифровым входом с выходом регистра 4 сдвига, Выход блока 2 априорной памяти подключен через сумматор 21 к второму входу регистра 5 результата. Выход элемента 16 задержки соединен с входом запуска генератора 15 и с установочным входом основного счетчика 12, счетный вход которого подключен. к выходу ключа 17. Дешифратор 1 имеет и выходов, соответствующих значениям входных чисел и ф+2 ),(2 2 },...,Ц. Р Щ которые соединены с входами блока 2 таким образом, что каждому as них соответствует ячейка памяти значений мантисс И,и,...И„логарифмон

% % % чиселбзц (2"-ь2 ),..., (2"+2" ) соответственно.

"йо Ъ1 "ар

Для пояснения работы устройства используются следующие обозначения и расчетные выражения. — соответственно значения аналоговых величин входного сигнала и опорного сигнала и их цифровых эквивалентов кости счетчиков 9 и 12 и регистра 13-; — соответственно начальный опорный сиг- нал и его значения на первом,...и р-ом этапах аналого-цифрового преобразования.

858011

Ь =(н " ((1 1 — дискретность аналого1=- а» а цифрового преобразования íà 1-ом этапе вычисления.

° Ь » 7Ю - °

N" N"

М б

М1

513

N1(N"

Мантиссы чисел логарифмов

514 516

520 528 544 576

768

Cog (2 +2 ) n= 9

3 4 5

6 7

М" М" М" И" М" М" М" М М и з 4 6 7 8 9

0,1,...,8

О,ОС4 0,007 0,012 0,023 0,045

0,088

0,171

0,323

0,586 и 1iiai(1024 (9) X (9) 2И -„2 4 о ао

После сдвига значения кода К.( (9)

=192 в регистре 4 на два разряда

N$>7 =192. 2 768 на выходе (2 +2 =

=768 дешнфратора 1 появляется сиг40 нал, позволяющий считать из блока 2 априорной памяти в сумматор 21 значение мантиссы И9 =0,586. Этот же сигнал через элемент ИЛИ 14 поступает первоначально непосредственно на

65 вход останова генератора 15 и на уира

Работа устройства рассматривается на конкретном примере, когда Нф»„, (Мю

=Nwax =1023 MB(Nynax=2047 мВ; (М . Рассмотрим процесс аналого-цифрового логарифмического преобразования аналоговой величины Х, равной 211 мВ, Первый этап, В момент включения устройства ключ 17 и переключатель

18 установлены в положения, указанные на чертеже. Аналоговая величина с входа 19 устройства через переключатель 18 поступает на аналоговый вход следящего аналого-цифрового преобразователя 6 через второй вход компаратора 7. При наступившем дисбалансе уровней сигналов на входах компаратора 7 на его выходе появляется сигнал, разрешающий прохождейие счетных импульсов в счетчик 9,через элемент И 8 с. выхода генератора 15, Процесс заполнения импульсами счетчика 9 до значения И завершится прн уравновешивании йа входах компаратора 4 входной аналоговой величины и выходного сигнала цифроаналогового преобразователя 10 в соответствии с выражением

Далее код числа NO1 поступает в блок 3 вычисления характеристики и в регистр 4 сдвига, В блоке 3 выделяется старший значащий .разряд m=7 кода двоичного числа Nco+ =211характеристика Йщ 211 и формируется сигнал для управления сдвигом в реггстре 4 на и-ю = 9-7 = 2 разряначальный код, устанавливаемый в счетчике 12 N„ = 10?4 ; опорные сигналы, постнупакнцке в начальный момент на аналоговые входы преобразователей

10,11 и 20 U = U =1024 мВ, оф = 2048 мВ, а ийформация о зйачениях мантисс, содержащаяся в блоке 2, приведена в таблице, 1

Ф 7 (дов(умножение кода числа N«i

= 211» 2 =844) с последующими дешифрованием в дешифраторе 1 (дешифратор выделяет лишь числа N„-" g (2"+2 )).

35 Так как логарифму числа Я О 1 = 844 в блоке 2 априорной памятй не отыскивается соответствующее значение . мантиссы, поступают следующим образом. Замыкают ключ 17, соединяя вы щ ход генератора 15 импульссв со счетным входом счетчика 12. Прн заполнении последнего числовое значение erd кода увеличивается от N >" 1 — — 1024 до

Nq .= 1126, что вызывает соответствующее увеличение формируемого опорного сигнала U

858011 (12) 530 ЗО48.1024

1н 2О48 52 8 управляющие входы счетчика 9 и регистра 13, в результате его генерирование импульсов с выхода генератора

15 приостанавливается, а уменьшенное в два раза значение кода И„ >= - -=

«563 переписывается из счетчика 12 в счетчик 9 и в регистр 13, иа выходе которого появляется сигнал

Далее, пройдя через элемент 16 задержки, сигнал поступает на вход запуска генератора 15, возобновив на

его выходе генерирование импульса,и на установочный вход счетчика 12, 1з восстановив на выходе преобразователя 11 начальное значение U o=1024мВ.

Заканчивается первый этап работы устройства, на котором определено первое приближенное значение цифрового эк- 20 вивалента логарифма аналоговой величины " %, Р 26 - «9 «>2-4 =7; 686+..для дальнейшего уточнения искомого ЗЕ результата необходимо вычисзп|ть мантиссу логарифма Log< 1126, Второй этап, Переключатель 18 переводится в левое крайнее положение, соединяя второй вход компаратора 7 35 с выходом преобразователя 20. На всех дальнейших этапах работы переключатель 18 остается в левом крайнем положении, ключ 17 заь кнут. С началом второго этапа вновь проискодит заполнение счетчика 12, нарушая тем ®О самым равновесие аналого-цифрового преобразователя 6, для поддержания равновесия счетчик 9 по сигналу с компаратора 7 переводится в режим, вычитания. При уменьшении кода в ; 45 счетчике 9 до значения И у 544 на выходе дешифратора 1 появляется сигнал, извещающий о том, что в блоке 2 априорной памяти хранится значение мантиссы И =0,088 логарифма числа щ

N =544. Этот же сигнал через элемент

ИЛИ 14 приостанавливает генерирование импульсов генератором 15 и разрешает перезапись в счетчик 9 и регистр 13 с выхода счетчика 12 уменьшенное в два раза значение кода Ы, определяемое из условия равновесия аналогоцифрового преобразователя 6, как

О) 0 кМ 4 . N 9 аьЪ2ОФ8 <о24 бо

g Я < Ц 2О48 544 оп 2. т.е. s счетчик 9 и в регистр 13 записываются новые значения кода, рав- 65 ные 530. Одновременно значении мантиссы М = 0,088 считывается в сумматор

У21 и суммируется с ранее полученным значением Ng =М9 +Мз -0,586+0,088% уточненный результат второго этапа.

Через воемя, необходимое для считыва-. ния кода из счетчика 12 и уточнения результата в сумматоре 21, сигнал с выхода элемента 16 задержки вновь включает генератор 15 импульсов и устанавливает в счетчике 12 начальное значение кода Из=1024, Третий этап. Аналогично определяется мантисса логарифма числового эквивалента аналоговой величины

2о

Пвых =530 мВ, преобразуемой в цифровой эквивалент до значения Б 7 =528, логарифму которого в блоке 2 априорйой памяти соответствует значение ма мантиссы И "- 0,045. Уточненный результат третьего этапа Ni« = M +И +

+N > =0,586+0,088+0,045 получен при чоказаниях счетчика 12 т.в. объектом логарифмирования на четвертом этапе является значение

Мщ t2 =513. Логарифму этого значения без дополнительных преобразовательных операций в блоке 2 априорной памяти отыскивается значение мантиссы

N "-0,004.

Окончательный результат вычисления заканчивается на четвертом этапе ОЯ 211 "7i000+0 586+Оi 088+0 045+

+0,004=7«723.

Таким образом, на каждом этапе процесс аналого-цифрового логарифмического преобразования аналоговой величины с переменной автоматически перестраиваемой дискретностью преобразования при использовании определенного массива априорной памяти о значениях мантисс логарифмов цифровых эквивалентов преобразуемых аналоговых величин, подобен отысканию та-якого сомножителя К для логарифмируемого значения Х, логарифму произведения К X=M< которых в блоке априорМ ной памяти отыскивается значение мантиссы М, затем аналогично вычисля% ется логарифм сомножителя К и т,д.

Рассмотренное устройство, по сравнению с известным, позволяет повысить точность преобразования без сушестввнных затрат, так как достижение одинаковой точности вычисления логарифмов

s прототипе обеспечивается хранением в блоке 2 априорной памяти 2" значений мантисс и использованием дешифратоюов 1 на 2" выходов, а в рассмотренном устройстве хранением в блоке 2 априорной памяти и значе-„ ний мантисс.

858011

Формула изобретения

Логарифмирующее устройство, содержащее регистр памяти, основной счетчик, элемент ИЛИ, дешиФратор, подключенный выходами к входам блока. априорной памяти и блок вычисления характеристик, вход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, а выход - с управляющим входом регистра сдвига и с первым входом регистра результата, о т л и ч а- 1 ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены сумматор, генератор импульсов, элемент задержки, ключ, переключатель, первый и второй цифроаналоговые преобра-1%

- эаватели опорного сигнала и следящий аналого-цифровой преобразователь, выполненный на компараторе, элементе

И, счетчике и цифроаналоговом преобразователе, подключенном выходом к . .первому входу компаратора, аналоговым входом — к выходу первого цифроаналогового преобразователя опорного сигнала, а циФровым вхопом — к информационному входу регистра сдвига и к выходу счетчика следящего аналого-цифрового преобразователя, кодовый установочный вход которого соединен с выходом основного счетчика, информационным входом регистра памяти и с цифровым входом первого цифроаналогового преобразователя опорно° го сигнала, вход управления установкой кода — с выходом элемента ИЛИ, вхо- дом остановки генератора импульсов, входом элемента задержки и с управляющим входом регистра памяти, а счетный вход — с выходом элемента И, подключенного первым входом к выхо.ду генератора импульсов и к входу ключа, а вторым входом — к выходу компаратора, соединенного вторым входом с выхсдом переключателя, первый вход которого подключен к входу устройства, а второй вход - к выходу второго цифроаналогового преобразователя опорного сигнала, соединенного цифровым входом с выходом регистра памяти, причем входы элемента ИЛИ подключены к выходам дещифратора, соединенного цифровым входом с выходом регистра сдвига, выход блока априорной памяти подключен через сумматор к второму входу регистра результата, а выход элемента задержки соединен с входом запуска генератора импульсов и с установочным входом основного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу ключа, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 623210, кл. G 06 С 7/24, 1977, 2, Авторское свидетельство СССР

М 603996 кл. G 06 F 15/20, 1975, 3 ° Авторское свидетельство СССР

9 615486, кл. С 06 F 15/20, 1977 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 7246/80

Тираж 745 Подписное

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