Число-импульсный функциональный преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ТИЛЬСТВУ

Союз Соеетскик

Социалистических

Реснублик «>860071 (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 170979 (2 ) 2815974/18-24 (511М. К .з с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

6 06 F 7/60

Государетиеииый «оиитет

СССРио делан изобретеиий и от«рытий

Опубликовано 300881. Бюллетень @ 32

Дата опубликования описания 300881 (53) УДК 681.3 (088.8) (72) Автор изобретения

A.Ã. Шевяков

Рязанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Устройство относится к автоматике и вычислительной технике и может быть испсльзовано либо в качестве автономного устройства для обработки числоимпульсной информации, либо в составе цифровых интегрирующих машин,развертывающих измерительных систем или других специализированных вычислительных устройств.

Известен функциональный преобразователь, предназначенный для формирования приращения функции ау по задан" ному приращению аргумента дх и содержащий блок памяти коэффициентов,подключенный к блоку число-импульсного умножения, и счетчики приращений f1), К недостаткам его следует отнести невозможность воспроизведения функций, имеющих первую производную бдльще единицы и низкую точность, обусловленную кусочно-линейной аппроксимацией.

Из известных устройств наиболее близок по технической сущности к предлагаемому преобразователь, содержащий счетчик приращения функции, блок памяти, блок число-импульсного умножения, два ключа, два элемента И, первый триггер, два элемента ИЛИ, причем выход дополнительного разряда блока памяти подключен к управляющим входам ключей, информационные входы которых подключены соответственно к выходу блока число-импульсного ум-,: ножения и входу преобразователя,выходы ключей подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых

® подключены к выходу первого элемента

И, первый вход которого соединен с входом опорной частоты преобразователя, а второй - c выходом первого триггера, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И,первый и второй входы которого соединены соответственно с входом преобразователя и выходом дополнительного разряда блока памяти, второй вход первого триггера соединен с выходом блока число-импульсного умножения, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом счетчика приращения функции и выходом преобразователя, выход второго элемента ИЛИ соединен с южуиьсным входом блока число-импульсного умножения (2 ).

Недостаток этого преобразователянизкая точность.

Цель изобретения вЂ, повышение точЗО ности воспроизведения функции.

860071

О, бсЛи бк

<,Если — > дч

ДХ состояние где

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь цополнительно введены два элемента И, два элемента ИЛИ, второй триггер, элемент задержки и накапливающий сумматор,информационный вход которого подключен к выходу блока памяти, вход которого соединен с первым выходом счетчика йриращения функции, выходы накапливающего сумматора соединены с информационным входом блока число-импульсного умножения, установочный вход накапливающего сумматора через элемент задержки подключен к второму выходу счетчика приращения функции и первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первыми 15 входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к третьему выходу счетчика приращения функции и выходу четвертого элемента И, первый вход которого Щ соединен с третьим выходом счетчика приращения функции, вторые вхоцы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ подключены соответственно к входу второго триггера и второму входу счетчика приращения функции.

Блок-.схема преобразователя представлена на чертеже.

Преобразователь содержит третий элемент ИЛИ 1, второй триггер 2,третий и четвертый элементы И 3 и 4, четвертый элемент ИЛИ 5, элемент 6 задержки, блок 7 число-импульсного умножения, накапливающий сумматор 8, блок 9 памяти, счетчик 10 приращения функции, ключи 11 и 12, второй эле,мент И 13, первый триггер 14, пер вый элемент И 15 и первый и второй 40 элементы ИЛИ 16 и 17.

Преобразователь работает следующим образом.

Формирование приращения ду Функции у по заданному приращению аргумента hx осуществляется с использованием двух видов кусочной аппроксимации по оси у. На каждом из участков функции заменяется параболой второго порядка 50

> = t>„+Ü„- (x-х„. )j (x-х;). () В свою очередь i ûé участок разбивается íà k промежуточных интервалов, а парабола (1) воспроизводится лине*ными отрезками

".3 + (C,„+à, j) д Y, (2) у - значение функции у в точ1 дх=х-х — приращение аргумента на

j-ом промежуточном интерв але, С. Д. — коэффициенты, постоянные

1 т на протяжении всего i-го интервала", 1

1ЕМ 6 )

)-- ЯИ г — шаг квадратичной аппрок4 симации, h 2 промежуточный шаг.

В соответствии с выражением (2) величина приращения ду вычисляется по моделирующим зависимостям, которые для )-го участка разбиения функции у имеют вид

2 дх и дХ 2

IA = — Р., (4)

Я ° где И - С++d».j

1 дх ду — приращения аргумента и функции, представленные числом импульсов, С + д„.j И /йп- коэфФициент, определяющий наклон (той же) воспроизводимой функции, когда ее первая производная ду/coax (, C + d<. j = Я и — коэффициент,опЫ ределяющий наклон той же функции в области, где eb 4x T 1, %

С „ d — коэффициенты, хранимые в блоке 9 памяти, m - разрядность блока 7 числоимпульсного умножения, 2 = h дополнительного старщего разряда блока памяти, характеризующее величину производной функции.

Значение двоичного кода и

С" + J - d+ Формируется путем сложения в накапливающем сумматоре 8 вы1 ходного кода С. или d„. блока 9 памяти по импульсам j, прйходящим через элемент 6 задержки с выхода первых m разрядов (СЧ1) счетчика 10 приращения функции.

М

Управление выбором коэффициентом

С ° и d. осуществляется схемой форми4 1 рования адресных импульсов (блоки

1-5), которая работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 2 установлен в "1", счетчик 10 приращения Функции обнулен, в накапливающий сумматор 8 занесен код Со, выбФ ранный из блока 9 памяти по нулевому адресу. Код Со = И о обеспечивает на+ чальный наклой функции у.

При заверщении развертывания функции на первом промежуточном интервале, т.е. при значении кода в счетчике 10 ду = 2 ) импульс переполнения

1 через элемент И 3, а затем эле860071 мент ИЛИ 5 увеличивает содержимое старших разрядов счетчика приращения функции 10 на единицу, а через элемент ИЛИ 1 по заднему фр нту сбрасывает триггер 2 в "0".

Из блока 9 памяти выбирается коэффициент do и тем же импульсом ) 1 (через элемент задержки) прибавляется к содержимому накапливающего сумматора 8. Так формируется код

Н4 - Ск+ 4 .

При дальйейшем поступлении приращения Ау импульсы переполнения ) co счетчика 10 суммируют код 4ф с содержимьж сумматора 8 при переходе от одного промежуточного участка аппроксимации к другому. В результате на выходе сумматора 8 получен ступенчато изменяющийся код Н; (в известном преобразователе f2 / Н const), что позволяет более точно воспроизводить заданные функции. 20

После окончания воспроизведения функции на квадратичном интервале, т.е. при поступлении на вход счетчика 10 количества импульсов ьу = h

2и - k, импульс переполнения i выби- yj рает приращение нового наклона С а ,(t затем cHoBcl устанавливает триггер 2 в состояние "1". Далее работа схемы формирования адресных импульсов при переходе от i-ro участка к -1-ому повторяется.

Рассмотрим работу предлагаемого функционального преобразователя в двух режимах, выбор которых определяется состоянием Р. дополнительного

Ф разряда в,одного кода блока 9 п я И тие

Каждое из выражений (3 ) и (4 ) реализуется с помощью блока 7 число-импульсного умножения, который может быть построен либо на основе дэоично- 4Е го умножения, либо на основе накапливающего сумматора. На один вход блока 7 подается параллельный двоичный код Н ., на второй - число импульсов, равное п. При этом результат умножения Z связан с и и Н соотношением.

И и — (95

2 ВФ

Следует заметить, .что N представ- уу ляет собой двоичный код числа, которое может принимать значения в пределах от 0 до 2 - 1. Поэтому Z всегда

Ь меньше и.

Из выражения (7) которое аналогично (4 ), видно, что — - ) 1, поь ьх скольку Н(всегда меньше 2 .

Таким Ьбраэом, при .P< = 0 преобразователь обеспечивает аппроксимацию участка функции с 4"- 1, а при

4х

Р < = 1 — аппроксимацию функции с

4я,1 4х

4у ъ

Предлагаемый число-импульсный функциональный преобразователь наряду с возможностью воспроизведения .функции с f(x) у 1 обладает более

4j высокими точностными карактеристнкаЕсли предположить, что Р- = О, то в этом случае Р- разрешает прохожде1

1 ние импульсов приращения ьх через ключ 12 и далее через элемент ИЛИ 17 на вход блока 7 число-импульсного умножения, на другие входы которого поступает N> с выхода накапливающего сумматора 8. С выхода блока 7 импульсы, количество которых определяется соотношением (5), поступают че- рез ключ 11 и элемент ИЛИ 16 на выход преобразователя и на вход счетчи-, ка 10 приращения функции.

В рассматриваемом режиме выражение (5) аналогично (3) при И = ьх, поэтоМу приращение функции Ьу меньше приращения аргумента Ьх, так как N /2 всегда меньше единицы.

Таким образом, при Р„ = О преобразователем формируется приращение функции у(х), для которойду/дк 1, В другом режиме, когда Р = i,êëþМ чи 11 и 12 заперты и импульсы приращения ьх поступают через элемент И .13 на первый установочный вход триггера 14, который предварительно установлен в "0".

Первый импульс приращения Ь х пе-. реводит триггер 14 в "1".

Единичный потенциал триггера 14 разрешает прохождение частоты Fo через элемент И 15 на элемент ИЛИ 17 и далее на вход блока 7 число-импульсного умножения. С выхода элемента И

15 импульсы частоты F через элемент

ИЛИ 16 поступают на выход преобразо-! вателя и являются импульсами приращения функции ду.

Первый же импульс, который появится с выхода блока 7 после импульса ьх, установит триггер 14 по второму установочному входу в исходное состояние и прекратит подачу F на вью ход преобразователя. Описанный процесс повторяется для всех вновь приходящих импульсов приращения ьх. При этом на выходе блока 7 число-импульсного умножения будет сформировано количество импульсов z = дх.

Учитывая соотношение (5),можно записать, что ьуй, >(e) так как в рассматриваемом режиме на вход блока 7 число-импульсного умножения приходит количество импульсов, равное приращению функции hy.

Заменив в (6) переменную z на

hx, получают

ЬХЙ . (7)

"1 860071 формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 7549/32 Тираж 745 Подписное атент, г. жгород, ул. роектная, ми. Например для функции у = tgx, х 6 0-80 максимальная абсолютная погрешность прототипа при разбиении .оси у на 16 участков составляет 0,2.

Предлагаемый преобразователь при тех же условиях дает 0,02. Точность воспроизведения фу„,ции пов,ается 5 на порядок. Достоинством предлагаемого преобразователя является также то, что количество промежуточных интервалов разбиения не усложняет преобразователь и зависит OT выбора раз- О ряда m счетчика приращения функции

10, с которого необходимо снимать импульсы j. Положительной.особенностью преобразователя является отсутствие накопления ошибок при пере- 15 ходе от одного промежуточного участка к другому (за счет выбора его длины, равной 2 ). Преобразователь имеет простую структуру и легко может быть реализован на современной 7{) элементной базе цифровой техники.

Кроме того, он может быть использован в качестве цифрового генератора функций для развертывания их во времени. Для этого на вход преобразователя достаточно подать постоянную

Гд тактовую частоту Г 5 „„, а значение функции снимать со счетчика 10.

Число- импульсный функциональный йреобразователь, содержащий счетчик

Приращения функции, блок памяти, блок ЗЗ число-импульсного умножения, два ключа, два элемента И, первый триггер, два элемента ИЛИ, причем выход до- полнительного разряда блока памяти подключен к управляющим входам клю- 1О чей, информационные входы которых подо ключены соответственно к выходу блока число-импульсного умножения и входу преобразователя, выходы ключей подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен с входом опорной частоты преобразователя, а второй— лМ с выходом первого триггера, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с входом преобразователя и выходом дополнительного разряда блока памяти, второй вход первого триггера соединен с выходом блока число-импульсного умножения, выход первого элемента

ИЛИ соединен с первым входом счетчика приращения функции и выходом преобразователя, выход второго элемента

ИЛИ соединен с импульсным входом блока число-импульсного умножения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два элемента И, два элемента

ИЛИ, второй триггер, элемент задержки и накапливающий сумматор, информационный вход которого подключен к выходу блока памяти, вход:которого соединен с первым выходом счетчика приращения функции, выходы накапливающего сумматора соединены с информационным входом блока число-импульсного умножения, установочный вход накапливающего сумматора через элемент задержки подключен к второму выходу счетчика приращения функции и первому входу третьего элемента И, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов ЯЛИ, вторые входы которых подключены к третьему выходу -счетчика приращения функции и выходу четвертого элемента

И, первый вход которого соединен с третьим выходом счетчика приращения функции, вторые входы третьего и четвертого.элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ подключены соответственно к входу второго триггера и втс,рому входу счетчика приращения функции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 428413, кл..G 06 F 7/38, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2648851/18-24, ял. G 06 Е 7/38, 29.01.79 (прототип).