Число-импульсный функциональный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06F7/552 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для извлечения квадратного корня.

Известен число-импульсный функциональный преобразователь, содержащий счетчики, узел суммирования импульсов, .формирователи и элемент ИЛИ l

Недостатками преобразователя являются конструктивная сложность и пониженная точность вьгчислений.

Наиболее близким к предлагаемому является число-импульсный функциональный преобразователь, содержащий счетчик, первую группу из . п и вторую группу из п, + 1 формирователей мпульсов соответственно где 2п+1

m

- количество разрядов

счетчика ) и два элемента ИЛИ, входы первого из которых подключены к выходам формирователей импульсов первой группы, а выход каждого i-ro (14 i $n) разряда счетчика соединен с первым входом i-го формирователя импульсов первой группы и с первым входом (1+1)-го формирователя импульсов второй группы, подключенного вторым входом к выходу (т- л + 1)го разряда счетчика и к второму входу i-Го формирователя импульсов первой группы, а каждый j-ый () формирователь импульсов третьей группы соединен первым входом с выходом (n+j)-ro разряда счетчика, вторым входом - с выходом (m-n-J+l)-го разряда счетчика, а выходом - с соответствующим входом первого эле-. мента ИЛИ(Подключенного выходом к

10 первому входу второго элемента ИЛИ, соединенного вторым входом с шиной ввода аргумента, а выходом - с входом счетчика С21.,

Недостатками этого преобразова15теля являются пониженная точность функционального преобразования и ограниченный диапазон изменения частоты следования входных импульсов. Пониженная точность обусловлена на20личием ошибки округления результата деления по каналам преобразователя, которая существенно возрастает с увеличением количества m разрядов преобразрвателя и, в частности, для

25 m 7/ 1:2 абсолютная погрешность функционального преобразователя составляет десятки единиц младЫего .разряда. Ограниченность диапазона изменения частоты следования входных импуль30сов обусловлена тем, что для нормальной работы преобразователя частоты этих импульсов должна быть существенно ниже максимальной рабочей частоты LIJJJJ элементной базы, на которой реализован прототип, в част ности максимальная частота Hiax импульсов равна Цель изобретения - повышение точности функционального преобраздвания и расширение диапазона измене ния частоты следования входных импульсов . Поставленная цель достигается тем, что в число-импульсный функцио нальный преобразователь, содержащий счетчик, первую группу из г и вторую группу из п + 1 формировател« й импульсов соответственно (где 2п + 1 En-fc ; m - количестве разрядов счетчика ) и два элемента ИЛИ, входы первого из которых подключены к выходам формирователей импульсов пе:рвой группы, а выход каждого i-го ( : h ) разряда счетчика соединен с первым входом i-го формирователя импульсов первой группы и с первым входом (i+ 1)-го формирователя импульсов второй группы, дополнительн .введены третий и четвертый элементы ИЛИ, делители частоты, элементы за держки и блок алгебраического суммирования, соединенный первым вхо.дом с шиной ввода аргумента, вторьтм входом - с выходом второго элемента ИЛИ, а выходом - с входом счетчика, подключенного выходом пер вого разряда к первому входу первог формирователя импульсов второй груп пы, соединенного выходом с первым вяодом второго элемента ИЛИ, подключенного вторым входом через после довательно соединенные первый элемент Зсщержки и первый делитель час тоты к выходу третьего элемента ИЛИ ссединенного первым входом с выходом второго элемента задержки, а . вторым входом - с выходом второго делителя частоты, подключенного входом к выходу первого элемента ИЛИ а вход второго элемента задержки соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, подключенного входами к выходам формирователей импульсов второй группы, причем второй вход каждого i -го формирователя импульсов первой группы соединен с выходом (гп-п- i )-го разряда счетчика| а второй вход каждого i-ro ( формирователя импульсов второй группы - с выходом (т- i + 1)-го разряда счетчика. На фиг. 1 представлена блок-схема число-импульсного функционального преобразователя; на фиг. 2 - блок-. схема одного из возможных вариантов реализации блока алгебраического суммирования. Число-импульсный функциональный преобразователь (фиг. 1) содержит счетчик 1, первую группу 2 из п и вторую группу Зиз м+ 1 формирователей импульсов соответственно (где 2п +1 , m - количество 1- разрядов счетчика 1), первый,второй третий и четвёртый элементы ИЛИ 4 7, первый делитель 8 частоты (осуществляющий деление на два), второй делитель 9 частоты (осуществляющий деление на два), первый и второй элементы 10 и 11 задержки и блок 12 алгебраического суммирования. Входы первого элемента ИЛИ 4 подключены к выходам формирователей импульсов первой группы 2, а выход каждого i -го (V i п ) разряда счетчика 1 соединен с первым входом i-го;формирователя группы 2 и с первым входом ( i + 1)-го формирователя группы 3 . Блок 12 .алгебраического суммироваЙия соединен первым входом с шиной ввода аргумента, вторым входом - с выходом элемента ИЛИ 5,а выхЬдом - с входом счетчика 1, подключенного выходом первого (.младшего )разряда к первому входу первого формирователя группы 3, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ 5. Второй вход элемента ИЛИ 5 подключен через последовательно соединенные элемент 10 задержки и делите.пь 8 частоты к выходу элемента ИЛИ 6, соединенного первым входом с выходом элемента 11 задержки, а вторым входом - с выходом делителя 9 частоты, подключенного входом к выходу элемента ИЛИ 4. Вход элемента 11 задержки соединен с выходом элемента ИЛИ 7, подключенного входами к выходам формирователей группы 3. Второй вход каждого i-ro формирователя группы 2 соединен с выходом (m-n-i)-ro разряда счетчик.а 1, а второй вход каждого i -го ( ;i ti + 1) формирователя группы 3 соединен с выходом ( т- +1)-го разряда счетчика 1. Условием появления импульсов на выходах формирователей групп 2 и 3 является переход одного иэ соответствующей группы младших разрядов счетчика 1 из О в 1 при наличии в соответствующем старшем разряде логической 1. Возможен ряд вариантов выполнения формирователей: импульсно-потенциальные схемы, схемы совпащения с тактированием импульсами входной последовательности и др. Блок 12 алгебраического сложения мржет выполнять операцию сложения, вычитания или сложения-вычитания приоацений входных импульсов dx и импульсов dz цепи обратной связи ь зависимости от харвгктера его реализации (так, на фиг. 2 изображена схема реализации блока 12 на триггере 13 и элементе И 14, работающего и режиме вычитания импульсов) .

Число-импульсный функциональный преобразователь работает следующим образом. ,

Импульсы входной последовательности поступают на первый вход блока 12, а с его выхода - на вход счетчика 1. Работа узла, образованного счетчиком 1, группами 2 и 3 формирователей, элементами ИЛИ 4-7, элементами 10 и 11 задержки и делителями 8 и 9, аналогична прототипу, пришли женно описывается выражением

y-dy

dz 2m где 2 - количество импульсов, пост пивших с выхода элемента ИЛИ 5; у - результат преобразования (количество импульсов, поступившее в счетчик 1). При этом степень приближения к данному выражению существенно вьшё, чем в прототипе. Это достигается за счет увеличения частоты опроса всех управляющих разрядов счетчика, кроме старшего. Так, частота опроса (т- 1) ,...,. (т- п - 1 ): го разряда счетчика увеличена в два раза, а частота опроса (п-п-2) ,.. . , C ZnV-r разрядов счетчика - в 2 раз. Следовательно, режим работы вторсЖ час ти умножителя, образованного канала ми, подключенными к входам элемента ИЛИ 4, близок к работе умножителя при постоянном управляющем воздействии, а ;составллющс1я погрешности, .вносимая этой частью функцио нального преобразователя, незначител на. Существенно снижается соетавляющая погрешности, вносимая другой группой, каналов, связанных с входами элемента ИЛИ 7. К1роме сос тавляющей погрешности, вносимой измененнем кода в управляющих разрядах счетчика, снижается и погрешность от округления, вносимая кажды каналом. . Если блок 12 реализован согласно фиг. 2 н его работа описывается выражением в приращениях iy «dx-d2 то общий результат функционального преобразования для числа импульсов X, поступивших на шину ввода аргумента, равен , т При максимальная частота следо вания входных импульсов может быть равной максимальной рабочей частоте элементной базы.

В том случае, когда блок 12 реализуется аналогично прототипу для режима сложения и содержит элемент ИЛИ и элемент задержки, вход которого яйляется вторым входом бло-

ка 12, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход и выход которого являются соответственно первым входом и выходом блока 12, работа блока 12 описывается выражением

dy « dx + dz .

Работа умножителя в этом случае(управление формирователями групп 2 и 3 оС ущвствляется дополнительным коде числаУ) определяется соотношением

-е - ,

20 И общий результат функционального преобразования имеет вид m-t-T у - 2 2 Vx .(3) Если же блок 12 реализован на узле сложения и узле вычитания/ подключённом первым входом Квыходу узла сложения и к выходу блока 12, вторым входом - к второму входу блока 12, а выходом - к первому входу узла сложения, второй вход которого является первым входом блока 12, работа блока 12 описывается соотношениемdy dx + dy - dz Тогда при управлении формирователями групп 2 и 3 сигналами с прямых выходов разрядов счетчика общий результат функционального преобразования также определяется выраже- нием (3). При pastiUKaHHH цепи обратной связи число-импульсйый функциональный преобразователь воспроизводит {на выходе элемента ИЛИ 5) функцию Таким образсм, рассмотренный число-шетульсный функциональный npet образователь позволяет воспроизводить зависимости вида (2), (3) и (4), при этом его абсолютная погреш ность преобразования при f« 12 не превышает двух единиц млалаего разряда счетчика, т.е. на порядок мемь 4ue абсолютной погрешности преобраэО вания прототипа. При этом частотный диапазон входных сигналов превышает, частотный диапазон прототипа и опрв

деляется частотным диапазоном элементной базы, на которой реализуется преобразователь..Указанные обстоятельства и определяют технико-экономическую эффективность возможного применения число-импульсного функцио напьного преобразования.

Формула изобретения

Число-импульсный функциональный преобразователь(Содержащий счетчик первую группу из п и вторую группу из л + 1 формирователей импульсо з соответственно (где 2п + 1

-En-t-y-ji - количество разрядов

сче тчика и два элемента ИЛИ, входы первого из которых подключены: к выходам формирователей импульсов первой группы, а выход каждого i-го () разряда счетчика соединен с первьом входом i-ro формирователя импульсов первой группы и с первым входом (if.l) -го формирователя имлульсов второй группы, отличащ.и и с я тем, что, с целью повышения точности функционального преобразования и расширения диапазона изменения астоты следования входных импульсов, в него дополнительйо введены третий и четвертый эле,менты ИЛИ, делители частоты, элементы задержки и блок алгебраического суммирования, соединенный первым входом с шиной ввода аргумента, вторым входом - с выходом второго элемента ИЛИ, а выходом - с входом счетчи ка, подключенного выходом первого разряда к первому входу пер5 вого формирователя импульсов второй группы, соединенного выходом с первым входом второго элемента ИЛИ, подключенного ;: вторым входом через последовательно соединенные первый

10 элемент задержки и первый делитель частоты к выходу третьего элемента ИЛИ, соединенного первым входом с выходом второго элемента задержки, а вторым входом - с выходом второго

tS делителя частоты, подключенного входом к выходу первого элемента ИЛИ, а вход в.торого элемента задержки соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, подключенного входами к

Q выходам формирователей импульсов второй группы, причем второй .вход каждого 1 -го формирователя импуль.сов первой группы соединен с выходом (т- п-i)-ro разряда счетчика, а вто5 рой вход Кс1ждого i-ro ( 4 h + 1) формирователя импульсов второй группы - с выходом (m-i+ 1)-го разряда

счетчика.

I .

Источники информации, 0 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 564633, кл. G 06 F 7/38, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР № 645155, кл. G 06 F 7/38, 1979

(прототип).