Цифровой генератор функций Советский патент 1983 года по МПК G06F1/02 

и второй информационные входы которого, соединены соответственно с первым в лходом первого коммутатора и выходом первого регистра, вход которого соединен с вторым выходом первого коммутатора,, управляющие входы сумматоров соединены с тактовым входом блока., первый и второй выходы

второго коммутатора соединены соответственно с первым выходом блока и входом второго регистра, выход которого соединен с первым информационным входом второго сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора и вторым выходом блока.

1. ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, содержащий блок вычисления конечных разностей/ первый коммутатор кодов, схему сравнения, делитель частоты, элемент задержки, коммутатор импульсов, счетчик участков и блок памяти, управляющий вход которого соединен с входом задания режима генератора и управляющими входами коммутатора импульсови первого коммутатора кодов, первый информационный вход которого соединен с первьш выходом блока памяти, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым выходом блока вычисления конечных разностей и выходом счетчика участков, счетный вход которого соединен с первым выходом коммутатора импульсов, информационный вход которого соединен с выходом дхемы сравнения и входом элемента задержки, выход которого соединен с управляшщим входом блока вычисления конечных разностей и установочным входом делителя частоты, счетный вход и выход которого соединены соответственно с входом тактовой частоты генератора и первым информационным входом блока вычисления конечных разностей, вход тактовой частоты и второй информационный вход которого соединены соответственно с входом тактовой частоты и информационным входом генератора, выход перI вого коммутатора кодов соединен с первым входом схемы сравнения, выход Делителя частоты соединен с третьим информационным входом блока памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности вычисления, в него введены счетчик импульсов, второй .и третий коммутаторы кодов и сумлатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым выходом блока вычисления конечных разностей и выходом второго коммутатора кодов, управляющий и первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с входом задания режима генератора,V первым выходом блока выО) числения конечных разностей и вторым выходом .блока памяти, второй выход коммутатора импульсов соединен с управляющим входом сумматора и в9содом счетчика импульсов, выход которого S соединен со счетным входом счетчика участков, выход сумматора соединен с, выходом генератора и вторым информационным входом первого коммутатора ; кодов, выход делителя частоты соеди-; нен с первым информационным входом третьего коммутатора кодов, второй информационными и управляющий входы которого соединены соответственно с входом констант и входом задания ре-. жима генератора. 2. Генератор по п. 1, о т л ч ч аК) щ и и с я тем, что блок вычисления конечных разностей содержит два кокмутатора, два регистра и два сумматора , причем первый информационный вход блока соединён с управляющим входом первого коммутатора, информационный вход которого соединен с вторым информационным входом блока, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго коммутатора, тактовый вход которого соединен с выходом первого сумматора, первый

Изобретение относится к автомати и вычислительной технике-, предназна чено для воспроизьедения во времени функциональных зависимостей. Оно мо жет найти применение при построении устройств управления приводами с программным управлением, роботовманипуляторов, в информационно-изме рительных системах, обрабатывающих информацию, представленную в виде кода. Известен цифровой генератор функ ций времени, который содержит управ ляемый делитель частоты (счетчик ар гумента), блок число-импульсного умножения (набор генераторов фиксированных .частот и элементов И,ИЛИ), счетчик ординат, блок памяти, счетчик участков аппроксимации, В устройстве используется кусочно-линейн аппроксимация воспроизводимой функц с неравномерным .разбиением области определе ния Г 3 Недостатками устройства являются излишние аппаратурные затраты и ограниченные функциональные возможнос ти - отсутствие автоматического выбора интервала аппроксимации и рас|Чёта приращений кода между узловыми ординатами функции, заданной нелинейно изменяющимся во времени двоич ным кодом. Наиболее близким к изобр.етению по технической сущности является функциональный преобразователь, содержащий делитель частоты (счетчик аргумента), блок памяти, блок конечных разностей, счетчик участков аппроксимации, -схему сравнения, элемент задержки,, коммутатор, шифратор коммутатор импульсов, блок числоимпульсного умножения, счетчик ординат. В устройстве, наряду с кусочнолинейной аппроксимацией и неравномерным шагом разбиения области определения воспроизводимой функции, осуществляется автоматическое формирование значений кодов длины участка аппроксимации и приращений ординат функций между узловыми точками,. т.е. автоматическая перестройка генератора функций на воспроизведение заданной зависимости 2 1. Недостатками известного устройства являются низкая инструментальная точность, невысокая чувствительность И излишние аппаратурные затраты. Низкая чувствительность связана с ограниченной возможностью вычисления величины второй конечной разности на минимальном интервале и, следовательно, с ограничением накладываемой на максимальный интервал аппроксимации. Излишние аппаратурные затраты обусловлены, в основном, принятым способом вычисления. Целью изобретения является повышение точности вычисления. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой генератор функций, содержащий блок вычисления конечных разностей, первый коммутатор кодов, схему сравнения, делитель частоты, элемент задержки, коммутатор импульсов, счетчик участков и блок памяти, управляющий вход которого соединен с входом задания режима генератора и управляющими входами коммутатора импульсов и первого коммутатора кодов, первый информационный вход которого соединен с первым выходом блока па.-: мяти, первый и второй информадионные, входы которого соединены соответственно с первым выходом блока вычисления конечных разностей и выходом счетчика участков, счетный вход которого соединен с первым выходом коммутатора импульсов, информ ционный вход которого соединен с выходом схемы сравнения и входом элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом блока вычисления конечных разностей и установочным входом делителя частоты, счетный вход и выход которого соединены соответственно с входом тактовой частоты генератора и первым информационным входом блока вычисления конечных разностей, вход тактовой частоты и второй информационный вход которого соединены соответственно с входом .тактовой частоты и информационным входом генератора, выход первого коммутатора кодов соединен с первым входом схемы сравнения, выход делителя частоты соединен с третьим информацибнным входом блока памяти, дополнительно введены счетчик импульсов, второй и третий коммутаторы кодов и сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым выходом блока вычисле ния конечных разностей и выходом второго коммутатора кодов, управляющий первый и второй информационные входы которого соединены соответствен но р входом задания режима .генератора, первым выходом блока вычисле НИН конечных разностей и вторым выходом блока памяти, второй вход коммутатора импульсов соединен с управлякицим входом сумматора и входом счетчика импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика участков, выход сумматора соединен с выходом генератора и вторым информационным входом первого коммутатора кодов, выход делителя частоты соединен с первым информационным вхо дом, третьего коммутатора кодов, второй информационный и управляющий вхо ды которого соединены соответственно с входом констант и входом задания режима генератора. Блок вычисления конечных разностей содержит два коммутатора, два регистра и два сумматора, причем пер вый информационный вход блока соединен с управляющим входом первого коммутатора, информационный вход которого соединен с вторым информационным входом блока, управлякяаий вход которого соединен с управляющим входом второго коммутатора, тактовый вход которого соединен с выходом пер вого с далатора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым выходом первого коммутатора и выходом первого регистра, вход которого соединен с вторым выходом первого коммутатора управлягацие входы сумматоров соединены с тактовым входом блока, первый и второй выходы второго коммутатора соединены соответственно с первым выходом блока и входом второго регистра, выход которого соединен с первым информационным входом второго сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора и вторым выходе блока. На фиг. 1 представлена блок-схема генератора; на фиг. 2 - блок-схема блока вычисления конечных разностей. Цифровой генератор функций содержит блок 1 вычисления конечных раз- ностей, коммутатор 2 кодов, схему 3 сравнения, коммутатор 4 кодов, делитель 5 частоты, сумматор б, коммутатор 7 импульсов, элемент 8 задержки, счетчик 9 импульсов, коммутатор 10 ,кодов, блок 11 памяти, счетчик 12 участков, входы 13-15 генератора. Блок 1 вычисления конечных разностей содержит сумматор 16, регистр 17, коммутатор ifff сумматор 19, коммутатор 20 и регистр 21. В основу работы устройства в режиме обучения положен принцип определения числа h минимальных интервалов ,. на текущем(i-ом)интервале аппроксимации функции у(t). Так как при восстановлении функции у(t) используется ее кусочно-линейная аппроксимация, заменим на каждом интервале аппроксимацию функцию y(t) параболой. Погрешность от такой замены по сравнению с погрешностью; допускаемой при кусочно-линейной аппроксимации, оказывается незначительной. Для вывода 5равнения второй конечной разности используется выражение VV V -- -значение функции в начале j-ro интервала аппрокси- мации; -число шагов разбиения (минимальных интервалов ) на J-OM интервале аппроксимации;Ai..- конечная разность на пер 9 ° шаге разбиения; и У - вторая конечная разность, Известно, что .). ( fUSlmont где Дц погрешность аппроксимации при кусочно-линейной аппроксимации. Подставив (2), (3) и (4) в выражение (1) и, выполнив некоторые преобразования , получим iliH()(-.)a- } Заменим п-1 на п и перейдем к., выражению более удобному для реализа )-(-) . (б) Используя другие обозначения ДУ,:ЬУ„-УОГ ДУ-,(, можно записать а . (7) Формулы (6) и (7) показывают, что вторая конечная разность (вторая про-, изводная) определяется на всем интервале разбиения За счет это-; го возможно существенное расширение диапазона формирования интервала ап проксимации. Цифровой генератор функций работает в двух режимах; обучение, в котором устройство по.измерению входного кода y(t) формирует параметры аппроксимирующей кривой и заносит их в блок памяти; воспроизведение в цифровом коде ломаной кривой,аппроксимирующей с требуемой точностью заданную в-режиме обучения функцию У (t В первом режиме сигнал задания режима подключает через коммутатор выход сумматора 6 к первому входу схемы 3 сравнения, через коммутатор 4 вход 16 константы с вторым входом схемы 3 сравнения, через коммутатор 7 импульсов выход схемы 3 сравнения с импульсным входом счетчика 12 учас ков аппроксимации, через коммутатор 10 кодов второй выход блока 1 конечных разностей с вторым входом сумматора б устройства и блок 11 памяти переключает-в режим записи. Работа схемы (фиг. 1 и 2) в режиме обучения осуществляется в соответствии с выражением (б) и (7). Для этого в начальный момент времени в регистр 21 заносится значение yory(). С приходом первого имг пульса тактовой частоты, период которой , на сумматоре 19 фор мируется разность , где у y(t5l), которая заносится в регистр 17.. Значение счетчика, в кото ром формируется величина интервала аппроксимации п, увеличивается на единицу (в исходном состоянии счетчик обнулен). В соответствии с выра жением (7) ,с приходом каждого после дующего импульса F в сумматоре 19 формируется ,где () а в сумматоре 16 за счет очередного сложения формируется величина тду-,, где 1 - номер импульса, пришедшего с момента начала формирования текущего интервала аппроксимации. Кроме то го, с приходом каждого импульса F на выходе сумматора б формируется разность на схеме 3 сравнения сравнивается с постоянной величиной, равной 4Лц. Если на данном шаге вычисления сравнения не произош ло, то описанный процесс продолжается дальше. Момент формирования сигнала равенства на схеме 3 сравнения свидетельствует об окончании формирования интервала аппроксимации В этом случае величина i , фиксируемая в счетчике, считается равной п, а величина . Сформированные параметры текущего участка аппроксимации лу„ и п записываются в блок 11 памяти по адресу, зафиксированному в счетчике 12 участков аппроксима,ции, после чего содержимое счетчика 12 увеличивается на единицу, счетчик сбрасывается, а значение у y(t-n) в качестве у записывается в регистр 21. Далее работа схемы продолжается аналогичным образом, т.е. с приходом следующего импульса начинают формироваться параметры (j+l)-ro интервала аппроксимации. Таким образом, Осуществляется автоматическое формирование значения длины участков аппроксимации и цриращений ординат функций между узловыми точками, т.е. автоматическая настройка цифрового генератора, которая удовлетворяет допустимой по- ; грешности последуклцего восстановления и в значительной мере приближает к оптимальному разбиению функции у (t)., При точностном анализе выражения (6) получено соотношение, устанавливающее связь между допустимой погрешностью восстановления, требуемой разрядностью т, погрешностью аппроксимации и величиной h i+-V 22lm + n) Привыводе (8) были учтены погреш- ности квантования,аппроксимации, методическая погрешность, допущенная в выражении (б) заменой п+1 на п, и погрешность от неточности определения интервала аппроксимации. Расчеты, проведенные в соответствии с (Ц), показывают, например, что при ,05% и m 16, П|,,32, для прототипа при такой же допустимой погрешности в разрядности ,,8. В режиме воспроизведения функции управляющий сигнал задания режима подключает к схеме 3 сравнения -через коммутатор 2 выходы блока 11 памя ти, с которых считываются коды интервалов и участков аппроксимации, блок 11 памяти устанавливает в режим считывания, подключает к схеме 3 сравнения через коммутатор 4 потенциальные выходы делителя Ь частоты, импульсный выход схемы 3 сравнения через коммутатор 7 подключает к входу счетчика 9 импульсов,а выходы блока 11 памяти через коммутатор 10 - к входам сумматора 6,| В этом режиме устройство работает аналогично с прототипом за исключением того, что интерполяционный полином первой степени реализуется на сумматсьре Ь. При восстановлении функции y(t) на J-OM участке аппроксимации значение ее определяется в соответствии с выражением -(-) M-.)Y,где tj момент времени, соответствующий началу j-ro интервала аппроксимации; Vj - начальное значение функции (накапливается в сумматоре)j лУр - приращение функции на интервале . Для формирования линейной разверт ки с шагом квантов ания, определяемьш единицей младшего разряда, величина .uVnj должна быть уменьшен в раз (где k - разрядность кода лу,: ) , Указанное обстоятельство в схеме реализуется за счет сдвига величины дУп; на fc разрядов относительно выходного кода cyh4MaTOpa Ъ-и соответст енного увеличения- тактовой частоты FT-в ., Предлагаемый генератор функций имеет более.широкие возможности, чем существующие устройства подобного типа. Выбранный способ формирования участков аппроксимации позволяет суФиг./ щественно в (4 раза) расширить диапазон формирования интервалов аппроксимации, гораздо лучше приближается к оптимальному разбиению, что, в конечном счете, приводит к экономии объема памяти запоминающего устройства, кроме того, это приводит к более простой схеме блока конечных разностей, т.е. оборудования. Блок конечных разностей в предлагаемом устройстве примерно в 2 раза меньше, чем прототипе. Использование в качестве выходного элемента сумматор, вместо двоичного умножителя и счетчика аргументов, позволяет исключить инструментальную погрешность.