Цифровой линейный интерполятор с оценочной функцией

 

ОПИСАНИЕ

Союз Советскик

Соцналнстнческнк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 15.04. 81(21) 3275150/18-24 (51} М. Кп.

С 05 В 19/18 с присоединением заявки М—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений. и открытий (23) Приоритет (33} УДК 621; 503. 55 (088.8) Опубликовано 2301.83. Бюллетень Hо 3

Дата опубликования описания 2 0183./ (72} Авторы изобретения

А.И.Петух и Д.T Oáoäíèê (71) Заявитель

Винницкий политехнический инсти (5 4) ЦИФРОВОЙ ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР

С ОЦЕНОЧНОЙ ФУНКЦИЕЙ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах числового программного управления контурной обработкой.

Известен цифровой линейный интерполятор, содержащий последовательно соединенные блок управления и генератор импульсов, и по каждой координате регистр приращения, соединенный с блоком управления, два блока сравнения, соединенных с блоком управления и с делителем частоты, и два счетчика импульсов (1 1.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровой линейный интерполятор с оценочной функцией, содержащий первые регистры сдвига, выходы которых через первый сумматор подключены к входам данных регистров, элемент НЕ, второй сумматор, выход которого подключен к входая блока определения знака оценочной функции и блока памяти, выход которого соединен с входом второго сумматора, блок ввода программы,выходы которого подключены к входу блока задания скорости и через вторые регистры сдвига к входам блока сравнения, два триггера, элементы ИЛИ, двух- и трехвходовые элементы И, выход(ы первого триггера подключены к первым входам трехвходовых элементов

И, выходы блоков задания скорости и определения знака оценочной функции подключены к вторым и третьим .входам первых трехвходовых элементов И, выходы которых соединены с входами 0 первого триггера, двухвходовых элементов И и элементов ИЛИ, выходы первых элементов ИЛИ подключены к вторым входам вторых трехвходовых элементов И, выходы вторых элементов ИЛИ. соединены с соответствующими входами второго триггера, выход которого подсоединен к входам двухвходовых элементов И, выходы первых регистров сдвига подключены к входам блока сравнения, выходы вторых регистров соединены с третьими входами вторых . трехвходовых элементов И, выход первого.из которых непосредственно, а выход второго через элемент НЕ подключены к входам второго сумматора (2 ).

Недостатком описанных интерполяторов является их невысокая точность работы.

Цель изобретения — повыаение.точности работы интерполятора.,991375.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой линейный интерполятор, содержащий первый элемент

ИЛИ, генератор импульсов, первый . блок совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого регист- 5 ра приращения, второй регистр приращения, соединенный выходом с первым входом второго блока совпадения, два триггера, счетчик оценочной функ-, ции, соединенный выходом с первым информационным входом блока определения знака оценочной функции, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно,это> рой и третий элементы ИЛИ, подключенные выходами к первым входам соответственно третьего;и четвертого элементов И, выходы которых являются выходами интерполятора, а также пятый и шестой элементы Й, введены счет. чик импульсов, реверсивный счетчик, третий, четвертый и пятый триггеры, одновибратор и дешифратор., первый и второй входы которого соединены соответственно с единичными выходами первого и второго триггеров, первый выход — с вторым входом второго элемента И, второй и третий выходы - c входами первого элемента ИЛИ и с входами пятого триггера, а четвертый выход через,одновибратор - с входом "Сброс" счетчика импульсов, с нулевыми входамн первого и второго триггеров, с единичным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И и с вторым информационным входом блока определения знака оценочной функции, управляющий вход которого соединен . со входом "Сброс" счетчика оценочной функции, с вторым входом пятого эле- 40 мента И и с единичным выходом третьего триггера, подключенного нулевым входом к выходу нулевого состояния реверсивного счетчика и к нулевому входу четвертого триггера и нулевым выходом - к первому входу шестого элемента И, выход которого связан с суммирующим входом реверсивного счетчика, а второй вход - с третьим входом второго и с вторым входом первого о элементов И, со счетным входом счет-, чика импульсов и с выходом генератора импульсов, подсоединенного запускающим входом к единичному выходу четвертого триггера, единичный вход которого соединен с входом "Пуск" интерполятора и с управляющими входами первого и второго регистров приращения, третий вход первого элемента И подключен к выходу .первого элемента ИЛИ, а выход — к суммирующему входу счетчика оценочной функции, вычитающий вход которого соеди. нен с выходом второго элемента H,âõîä записи - с выходом соответствующих разрядов реверсивного счетчика, à 65 выход - с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, . подключенных вторыми входами к единичному и нулевому выходам пятого триггера соответ ственно, единичные входы первого и второго триггеров соединены с выхода ми соответственно первого и второго блоков совпадения, связанных вторыми входами с информационным выходом счетчика импульсов, а выход пятого элемента И соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и с вычитающим входом реверсивного счетчика

На фиг.1 представлена схема цифрового линейного интерполятора с оценочной функцией, иа фиг.2 - отрезок прямой.

Интерполятор содержит: первый регистр-1 приращения, второй регистр 2 приращения, первый блок 3 совпадения, второй блок 4 совпадения, счетчик 5 импульсов, генератор б импульсов, четвертый триггер 7, первый триггер 8, второй триггер 9, пятый триггер 10, третий триггер 11, блок 12 определения знака оценочной функции, выполненный в виде триггера, счетчик 13 оценочной функции, реверсивный счетчик 14, дешифратор

15, одновибратор 16, второй элемент И

17, первый элемент Й 18, третий элемент И 19, четвертый элемент И 20, пятый элемент И 21, шестой элемент И

22, первый элемент ИЛИ 23, второй элемент ИЛИ 24 и третий элемент

ИЛИ 25 °

Йнтерполятор работает следующим образом.

К началу интерполяции счетчик 5, триггер 7, триггер 9, триггер 11 и счетчик 14 находятся в нулевом состоянии. Импульсы на выход генератора б не поступают.

По сигналу "Пуск" триггер 7 устанавливается в единичное состояние, разрешая поступление импульсов на выход генератора 6, в регистр 1 заносится.приращение аХ, а в регистр 2 заносится приращение дУ.

Счетчик 5 подсчитывает импульсы, поступающие с выхода генератора б, Содержимое счетчика 5 сравнивается блоками 3 и 4 сравнения с содержимым регистром 1 и 2 приращений. При совпадении содержимого счетчика 5.с содержимым регистра 1 блок 3 формирует сигнал, устанавливающий триггер 8 в единичное состояние, а при совпадении содержимого счетчика 5 с содержимым регистра 2 блок 4 формирует сиг- нал, устанавливающий триггер 9 в единйчное состояние. Состояния триггера

8 и триггера 9 дешифрируются дешифратором 15, на выходах которого формируются следующие временные интерваJIB e

991375.на первом выходе - М t< (единичный уровень); на втором выходе - д Х- tр (нулевой уровень); на третьем выходе — ЬУ to (нулевой уровень); на четвертом выходе — Байр (нулевой уровень), где И - меньшее приращение, Б - большее приращение, t> - период следования импульсов с выхода генератора б.

Временной интервал- Б-to представляет цикл преобразования йриращений координат во .временные интервалы. При появлении единичного уровня на четвертом выходе дешифратора 15 одновибратор 16 формирует сигнал, устанавливающий счетчик 5, триггер 8 и триггер

9 в нулевые состояния. Начинается новый цикл преобразования приращений координат во временные интервалы. Это происходит, непрерывно.

Триггер 11 в первом цикле преобразования приращений во временные интервалы находится в нулевом состоянии запрещая поступление первого импульса с выхода одновибратора 16 на выход интерполятора. В то же время на инверсном втором выходе триггера

11 появляется единичный сигнал, разрешающий прохождению импульсов с выхода генератора б через элемент И 22 на суммирующий вход счетчика 14, увеличивая содержимое последнего с каж, ым импульсом на единицу. Первый импульс с выхода одновибратора 16 устанавливает триггер 11 в единичное состояние. Таким образом, эа первый цикл преобразования приращений во временные интервалы в счетчике 14 накапливается количество импульсов,. равное большему приращению.

Состояние счетчика 14 с выхода соответствующих разрядов поступает на вход записи счетчика 13. Сигнал с единичного выхода триггера 11 устанавливает блок 12 в нулевое состояние и заносит в счетчик 13 половину большего приращения Б/2, поступающего из счетчика 14.

В дальнейшем работа интерполятора основана на вычислении оценочной функции в счетчике 13. 3а один цикл преобразонания приращений во временные интервалы вычисляется одно значение оценочной функции ОФ и выполняется один интерполяционный шаг.

Вычисление оценочной функции выполняется но правилам

ОФ. 1 =ОФ„-И при ОФ-),0 (1)

ОФ +, =ОФ„.+(Б-М) . при ОФ-(О (2)

При отрицательном значении оценочной функции выполняется диагональный интерполяционный шаг, а при положителкном — шаг по координате с большим приращением. Это осуществляется следующим образом.

При положительном знаке оценочной функции на инверсном выходе блока 12

5 присутствует единичный уровень, посту» лающий на первый вход элемента И.17 и разрешающий прохождение импульсов с выхода генератора б через элемент

И 17 на вычитающий вход счетчика 13

30 при наличии единичного уровня íà первом выходе дешифратора 15. За время

М t на вычитающий вход счетчика 13 поступает М импульсов и оценочная функция вычисляется по выражению (1).

15 При отрицательном знаке оценочной функции на прямом выходе блока 12 присутствует единичный уровень, по» ступающий на третий вход элемента И 18 и разрешающий прохождение импульсов

20 с выхода генератора б на суммирующий вход счетчика 13 во время формирования временного интервала (Б-M) tp. выделяемого на выходе элемента ИЛЙ 23.

За время (Б-8)" с „ на суммирующий вход ,25 счетчика 13 поступает,(Б-M) импульсов и оценочная функция вычисляется по выражению (2). После каждого вычисления оценочной функции сигнал с выхода одновибратора 16 заносит в блок 12

30 новое значение знака оценочной функции счетчика 13.

Триггер 10 устанавливается в единичное состояние "сигналом с третьего выхода дешифратора 15 и в нулевое

35 cocTGHHHe - .cHFHBJ1QM с -второго выхода дешифратора 15. Таким образом, триггер 10 находится в единичном состоянии при bX ) дУ и в нулевом состоянии при дХ(дУ.

Если значение полученной оценочной функции отрицательно, единичный сигнал с выхода счетчика 13 проходит через элементы ИЛИ 24 и 25 на первые входы элементов И 19 и 20, 45 РазРешая пРохождение импульсов с выхода одновибратора 16 через элемент

И 21 на выходы,интерполятора Х и Ч, что приводит к выполнению совмещенного интерполяционного шага (диагонального) по обеим координатам. Если же

50 значение оценочной функции положительно, на выходе счетчика 13 нулевой уровень. Интерполяционный шаг выполняется в зависимости от состояния триггера 10. Если триггер 10 на55 ходится в единичном состоянии (dX)dY), .то единичный уровень поступает на первый вход элемента И 19, .разрешая прохождение импульса с выхода одновибратора 16 через элемент И 21 на

60 выход Х интерполятора. Если же триггер 10 в нулевом состоянии (ЬХ(ДУ), то единичный уровень с нулевого выхода триггера 10 через элемент ИЛИ 25 поступает на первый вход элемента И

65 20, разрешая прохождение импульса с

991375

Формула йзобретения

60 выхода одновибратора 16 через элемент И 21 на выход Y интерполятора.

Таким образом, при отрицательном значении оценочной функции выполняется диагональный интерполяционный шаг, а при положительном - шаг по координате с большим приращением.

С каждым интерполяционным шагом импульс с выхода одновибратора 16 через элемент И 21 поступает на вычитающий вход счетчика 14, уменьшая с каждым шагом его содержимое на единицу. При достижении счетчиком 14 нулевого состояния сигнал с его выхода поступает на нулевые входы триггера 7 и триггера 11, устанавливая их в нулевые состояния. Нулевой сигнал на выходе триггера 7 запрещает поступление импульсов на выход генератора 6. Процесс интерполяции отрезка прямой окончен. Интерполятор готов к интерполяции другого очередного отрезка прямой.

Пусть, например, требуется воспроизвести отрезок прямой (фиг.2), за- данный приращениями.аХ=1, .6У4, B конце первого цикла преобразования приращений во временные интервалы в счетчике 14 накапливается четыре импульса (Б), а в счетчик 13 записывается число 2 (ОФ, =Б/2).Во время вто-, рого цикла преобразования из реверсивного счетчика конца вычитается единица, так как блок 12 определения знака оценочной функции сброшен (ОФ; =

=ОФО-М=2-1=1). По окончании второго цикла преобразования из реверсивного счетчика 14 конца вычитается единица и выполняется шаг по координате У, так как триггер 10 в нулевом состоянии (dX(QY), а знак оценочной функции положителен. В дальнейшем по циклам преобразования производятся сле дующие вычисления: третий цикл — ОФ2=ОФ.„-М=1-1=0;У

3-1=2; четвертый цикл — ОФ =ОФ -М=О-1 -1

3 2

Х, У; 2-1=1 пятый цикл — ОФ4=ОФ3+ (Б-М) =-1+3=2, У; 1-1=0, Ввиду того, что начальным значением оценочной функции выбирается величина, равная Б/2, а также применяется выполнение диагональных интерполяционных шагов, происходит симметрирование погрешности интерполяции. При этом максимальная погрйшность не превышает половины шага дис кретизации.

Цифровой линейный интерполятор с оценочной функцией, содержащий первый элемент ИЛИ, генератор импульсов, первый блок совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого регистра приращения, второй регистр приращения, соединенный выходом с первым входом второго блока совпадения, два триггера, счетчик оценочной функции, соединенный выходом с пер5; вым информационным входом блока определения знака оценочной функции, прямой и инверсный выходы которого соеди. нены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно,вто10 рой и третий элементы ИЛИ, подключенные выходами к первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И, выходы которых являются выхо дами интерполятора, а также пятый и

15 шестой элементы И, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше1ия точности интерполятора, в него введены счетчик импульсов, реверсивный счетчик, третий, четвертый и пя70 тый триггеры, одновибратор и дешифратор, первый и второй входы которого соединены соответственно с. единичными выходами первого и второго триггеров, первый выход - с вторым входом второ75 го элемента И, второй и третий выходы — с входами первого элемента ИЛИ и с входами пятого триггера, а четвертый выход через одновибратор вЂ,с входом "Сброс" счетчика импульсов, с

30 нулевыми входами первого и второго триггеров, с единичным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И и с вторым информационным входом блока определения знака

З5 оценочной функции, управляющий вход которого соединен с входом "Сброс" счетчика оценочной. функции, с вторым входом пятого элемента И и с единичным выходом третьего триггера, подключенного нулевым входом к выходу нулевого состояния реверсивного счетчика и к нулевому входу четвертого триггера и нулевым выходом - к первому входу шестого элемента И, выход которого связан с суммирующим входом реверсивного счетчика, а второй входс третьим входом второго и с вторым входом первого элементов И, со счетным входом счетчика импульсов и с выходом генератора импульсов, подсоединенного запускающим входом к единичному выходу четвертого триггера, единичный вход которого соединен с входом "Пуск" интерполятора и с управляющими входами первого и второго регистров приращения, третий вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а выход — к суммирующему входу счетчика оценочной функции, вычитающий вход которо-. го соединен с выходом второго элемента И, вход записи — с выходом соответствующих разрядов реверсивного счетчика, а выход - с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, подключенных вторыми входами к еди10

991375

9 ничному и нулевому выходам пятого триггера соответственно, единичные входы первого и второго триггеров соединены с выходами соответственно первого и второго блоков совпадения, связанных вторыми входами с информационным выходом счетчика импульсов, а выход пятого элемента И соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и с вычитавщим вхо; дом реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 551б11, кл. 6 05 В 19/18, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР в 542972, кл. G 05 В 19/iS, 1975.

ВНИИПИ Заказ 131/65

Тираж 872 Подписное Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4