Число-импульсный функциональный преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G06F7/556 

Изобретение относится к автомати ке, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в устройствах функционального преобра зованкя временных импульсных последовательностей, в частности в соста ве линеаризаторов характеристик час тотных датчиков. Известен цифровой функциональный преобразователь,содержащий двоичны умножителей частоты и (т-1) ключей fl}. Недостатком этого устройства яв. ляется узкий класс воспроизводиглых функций. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является функциональный преобразователь числа импульсов в цифровой код, содержащий реверсивный счетчик, первый и второй счетчики, первую, вторую и третью группы импульсно-потенциальных элементов И, первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый.и второ сумматоры-вычитатели, делитель частоты, коммутатор, блок управления, содержащий инвертор, формирователь импульсов и два ключа, первые входы которых подключены к источнику пита ния, а вторые - к шине нулевого потенциала, выход первого ключа подключен к управляющему входу коммута тора, выход второго ключа - к входу управления суммированием и через инвертор к входу управления вычитанием реверсивного счетчика, вход формирователя импульсов соединен с входом бло.ка управления, а выход формирователя подключен к первому входу первого сумматора-вычитателя, выход которого соединен с входом первого счетчика, разрядные выходы которого подключены к импульсным входам первой группы импуль.сно-потенциальных элементов И, выходы которой подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора-вычитателя, выходы второй груп пы импульсно-потенциальных элементов И соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго сумматора-вычитателя, выход которого соединен с первым входом коммутатора, разрядные выходы второго счетчика подключены к импульсным входам третьей группы импульсно-потенциальных элемен тов И,выходы которой соединены с входа ми третьего элемента ИЛИ 2. Недостатком известного преобразователя являются ограниченные Функцио нальные возможности, обусловленные узким классом воспроизводимых функци так как устройство выполняет вычисление функций вида ; Vrc(. ,,, где X - входная переменная; коэффициенты преобразования, и не может воспроизводить функцию вида у 8пх. Кроме того, недостатком является чрезмерная сложность устройстЕ1а. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности дополнительного вычисления функции у г а X вп х. Поставленная цель достигается тем, что в число-импульсный функциональный преобразователь, содержащий два счетчика, реверсивный счетчик, коммутатор, делитель частоты, три группы импульсно-потенциальных элементов И, три элемента ИЛИ/ два сумматора-вычитателя и блок управления содержащий два ключа, элемент НЕ и формирователь импульсов, вход которого соединен с информационным входом преобразователя, первые информационные входы первого и второго ключей соединены с входом логической единицы преобразователя, вход нуля которого соединен с вторыми информационными входами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены с входом задания режима преобразователя, выход первого ключа соединен с управляющим входом коммутатора, выход второго ключа соединен с входом суммирования реверсивного счетчика к через элемент НЕ с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход формирователя импульсов соединен с первым входом первого сумматора-вычитателя, выход которого соединен с входом первого счетчика, t-и выход которого (1 1,2,...,п, где п разрядность преобразователя) соединен с импульсным входом i-го элеМЗнта И первой группы, выход которого соединен с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого, сумматора-вычитателя, выходы элементов И второй группы соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго сумматора-вычитателя, выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора, i-и выход- второго счетчика соединен с импульсным входом i-го элемента И третьей группы, выход которого подключен к соответствующему входу третьего элемента ИЛИ, введен третий счетчик, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов блока управления и вторым входом второго сумматора-вычитателя, i-и выход первого счетчика соединен с потенциальным рходом i-го элемента И второй группы, импульсный вход которого подключен к (п+1-i)-му прямому выходу третьего счетчика, i-й инверскый выход которого соединен с потенциальным входом (n + l-i)-ro элег мента И первой группы, выход коммутатора через делитель частоты соединен с входом второго счетчика, выход третьего элемента ИЛИ соединен с входом реверсивного счетчика, i -и выход которого соединен с потенциальным входом (n+l-i)-ro элемента И третьей группы.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - структурная схема блока управления; на фиг.З - вариант выполнения сумматора-вычитателя в случае суммирования импульсных последовательностей; на фиг.4 - то же, в случае вычитания импульсных последовательностей.

Преобразователь содержит вход 1, блок 2 управления с выходами 3 - б, реверсивный счетчик 7, счетчики 8 10, группы 11 - 13 элементов И, элементы ИЛИ 14 - 16, сумматор-вычитатель 17 с входами 18 и 19 и выходом 20, сумматор-вычитатель 21 с входами 22 и 23 и выходом 24, делитель 25 частоты и коммутатор 26.

Блок 2 управления (фиг.2) содержит вход 1; выходы 3 --б, причем с помощью выхода 3 производится управление работой коммутатора 26, с помощью выходов 4 и 5 выбирается режим работы реверсивного счетчика 7, а выход 6 является импульсным выходом блока управления; ключи 27 и 28; элемент НЕ 29 и формирователь 30. импульсов .

Сумматор-вычитатель для сложения импульсных последовательностей (фиг.З) содержит элемент ИЛИ 31 и элемент 32 задержки.

Сумматор вычитатель для вычитания импульсных последовательностей (фиг.4) содержит триггер 33 и эл%мент ИЛИ 34.

Элемент 32 задержки исключает возможность совпадения импульсов импульсных последовательностей, поступающих на входы схемы. Схема вычитания проиллюстрирована временными диаграммами (фиг.4).

Работу преобразователя рассмотрим в предположении, что сумматоры-вычитатели 17 и 21 работают в режиме сложения импульсных последовательностей.

На вход 1 преобразователя поступает входная импульсная последовательность, формирующая текущее значение числа X в счетчике 8, который устанавливается перед началом преобразования в единичное состояние. Этот счетчик с помощью инверсных разрядных выходов управляет двоичным умножителем частоты, состоящим из счетчика 9, группы 11 элементов элемента ИЛИ 14, причем счетчик 9

устанавливается перед началом преобразования в нулевое состояние. Приращение dv импульсной последовательности у, поступающей на вход счетчика 9 с выхода 26 сумматора-вычитателя 17, вызывает на выходе элемента ИЛИ 14 приращение dz импульсной последовательности Z

,Лт-1-(х-. :

m

где rrt - коэффициент пересчета счетчиков 8 и 9 , или

, dzr (2)

m

Однако приргидение dv импульсной последовательности у определяется суммой приращения dx и dz соответственно входной последовательности х, поступающей на вход 18, и последовательности 2 , поступающей на вход 19 сумматора-вычитателя 17

. (3)

25 Учитывая выражения (2J и (3)

.--. (4)

m

Отсюда

Аъ . (5)

Интегрируя выражение (5), получаем текущее значение числа у в счетчике 9

.|j menx| i (6)

УгтВпх. (7;

Счетчик 8, группа 12 элементов И и элемент ИЛИ 15 образуют двоичный умножитель, управляемый счетчиком 9. Приращение dx входной последовательности X, поступающей на вход счетчика 8 с выхода 6 блока 2 управления, вызывает на выходе элемента ИЛИ 15 приращение dot импульсной последовательности d. , определяемое с учетом (7) выражением

dod Pnxdlx. (8)

Приращение dip импульсной последовательности р на выход сумматора- вычитателя 21 определяется суммой приращений dcL и cLx

dfi doL+dx . (9)

Пусть коммутатор 26 подключает к входу делителя 25 частоты выход 24 сумматора-вычитателя 21. Тогда приращение dl-j импульсной последовательности -у, поступающей на вход счетчика 10, равно

где к - коэффициент деления делителя 25 частоты. Учитывая выражения (8) - (10) п лучаем jy.gnxdx.dx,. (. Проинтегрировав выражение (11) , определяем текущее значение числа в счетчике 10 I )f fx--x| + xl .(,2) Окончательно . (13): Счетчий 10, группа 13 элементов и элемент ИЛИ 16 образуют двоичный умножитель частоты, управляемый реверсивным счетчиком 7,.в который пе ред преобразованием записывается чи ло Ы. Работа этого двоичного умножителя описывается уравнением текущее значение числа версивном счетчике 7; коэффициент пересчета ревер сивного счетчика 7 и счетчи ка 10. + в выражений (14) соо ветствует работе реверсивного счет чика в режим суммирования, а знак - - работе в режиме вычитания. Принимая во внимание выражения (1J) и (14), величина (У определяет выражением ( ffnкa)((}. (15) Продифференцировав вы15ажение (1 и разделив переменные, получаем (enxclxfdlx). (-(6) Прои|)тегрировав выражение (16) с учетом пределов интегрирования, получаем(() f « Х ТЙГ Отсюда . (19) Рассмотрим работу преобразователя в случае, когда коммутатор 26 подключает к входу делителя 25 частоты выход 20 сумматора-вычитателя 17. Тогда приращение dy импульсной последовательности у определяется выражением ) Продифференцировав выражение (21) с учетом пределов интегрирования, определяем текущее значение «Г числа в реверсивном счетчике 7 « « / -йгН Окончательно У о6х . (23) Таким образом, помимо функций вида y a -x-bi, ,., , устройство позволяет воспроизводить функцию вида у-аух-Сп х. Расширение класса решаемых задач достигается за счет исключения Из состава известного устройства одной группы импульсно-потенциальных элементов И и одного элемента ИЛИ с одновременным изменением связей между узлами устройства и введением третьего счетчика.

го1гч)

31

3(г2)

J2

ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНЫП ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два счетчика, реверсивный счетчик, коммутатор, делитель частоты, три группы импульсно-потенциальных элементов И, три элемента ИЛИ, два сумматора-вычитателя и блок управления, содержащий два ключа, элемент НЕ и форглирователь импульсов, вход которого соединен с информационным входом преобразователя, первые информационные входы первого и второго ключей соединены с входом логической единицы преобразователя, вход нуля которого соединен с вторыми информационными входами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены с входом задания режима преобразователя, выход первого ключа соединен с управляющим входом коммутатора, выход второго ключа .соединен с входом суммирования реверсивного счетчика и через эЛемент НЕ с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход -формирователя импульсов соединен с первым входом первого сумматора-вычитателя, выход которого соединен с входом первого счетчика, i-и выход которого (i г 1,2 ,.. . , , где г разрядность преобразователя) соединен с импульсным входом t -го элемента И первой группы, выход которо-го соединен с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора-вычитателя, выходы элементов И второй группы соединены с второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго сумматора-вычитателя, выход которого подключен к информационному входу коммутатора, i-и выход второго счетчика соединен с импульсным входом 1 -го элемента И третьей группы, выход которого подключен к I соответствующему входу третьего элемента ИЛИ, отли.чающийся (Л тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет возможности дополнительного вычисления функции jsexxpnx, в него введен третий счетчик, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов блока Jyпpaвлeния и вторым входом второго сумматора-вычитателя, i-й выход первого счетчика соединен с потенциальным входом i-го элемента И второй оо а группы, импульсный вход которого подключен к (ц+1-1)-му прямому вы4 ходу третьего счетчика, i-й инверсг ный выход которого соединен с потенсл циальным входом (n+l-i)-ro элемента И первой группы, выход коммутатора через делитель частоты соединен с входом второго счетчика, выход j-третьего элемента ИЛИ соединон с входом реверсивного счетчика, 1 -и выход которого соединен с потенциальным входом (n+l-i)-ro элемента И третьей группы.

Фиг. 2