Интерполятор Советский патент 1984 года по МПК G05B19/4103 

Изобретение относится к автомати и вычислительной технике и может бы использовано в устройствах вывода графической информации и для формирования шаговых траекторий исполнительных органов в системах числового программного управления, в системах ввода графической информации в режи ме следясаего преобразования с целью компактного представления информации, и для подготовки исходной числовой информации для управляющих устройств в системах числового программного управления. Известно устройство, содержащее счетчики, подключенные к блоку. BH-.J числения разности и коммутатору, блок управления и сумматор 1 . Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает выполнения обратного процесса интерполяции, т.е. расчета координат опор ных точек по заданной последовательности узловых точек, и поэтому о.ни не могут быть использованы для подготовки управляющих программ для , устройства с числовым программным управлением. Наиболее близким к предлагаемому является интерполятор, содержащий счетчики, соединенные с входами сумматора, блок элеме,нтов задержки и элемент И-НЕ Т21. Недостатком такого интерполятора заключ,ается в сложности. , Цель изобретения - упрощение интерполятора. Поставленная цель достигается тем, что интерполятор, включающий первый и второй реверсивные счетчики импульсов, подключенные прямыми вы- ходами каждого разряда соответственно к первым ивторым входам сумматора, -содержит генератор импульсов, пять элементов ИЛИ, элемент НЕ, восемь элементов И и триггер, подклю ченный нулевым входом к шине Установка исходного состояния, инверсным выходом - к суммирующим входам первого и второго реверсивных счетчи ков импульсов, а прямым выходом - к вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков импульсов, соединенных счетными входами соответ ственно с первым и вторым управляющк ми входами сумматора, подключенного инверсным выходом каждого информационного разряда к входам первого элемента И, прямым выходом знакового разряда - к первым входам второго и третьего элементов И и первого элемента ИЛИ, а инверсным выходом знако вого разряда - к первому входу четвертого элемента И, соединенного .вторым входом с выходом второго элемента ИЛИ, а выходом - с первым входом третьегО элемента ИЛИ, подключец ного выходом к счетному ыходу второго реверсивного счетчика импульсов, а вторым входом - к первому входу четвертого элемента ИЛИ и выходу третьего элемента И, связанного вторым входом с первым входом второго элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу пятого элемента Ник второму входу вторюго элемента И, соединенного выходом с первым входом пятого элемента ИЛИ, подключенного выходом к счетному входу первого реверсивного счетчика импульсов, вторым входом к выходу шестого элемента И, а третьим входом - к второму входу четвертого элемента ИЛИ и выходу седьмого элемента И, соединенного первым входом с выходом элемента НК, а вторым входом - с первым входом шестого элемента И, подключенного вторым входом к входу элемента НЕ и выходу первого элемента ИЛИ, соединенного вторым входом с выходом первого элемента И, причем инверсные выходы каждого разряда первого и второго реверсивных счетчиков импульсов подключены соответственно к первым и вторым входам восьмого элемента И, соединенного выходе с единич-. ным входом .триггера, а первый и второй входы пятого элемента И подключены соответственно к выходу генератора импульсов- и прямому выходу триггера.... На фиг. 1 представлена блок-схема интерполятора; на фиг. 2 - пример линейной интерполяции, выполненный с помощью интерполятора; на фиг.Зпример работы интерполятора в режиме аппроксимации;на фиг. 4 и 5-таблицы работы интерполятора в режиме линейной интерполяпии и режиме аппроксимапии соответственно. Интерполятор содержит первый l и второй 2 реверсивные счетчики импульсов, сумматор 3, второй элемент И 4, четвертый элемент И 5, второй элемент ИЛИ 6, третий элемент ИЛИ 7, пятый элемент ИЛИ 8, пятый элемент И 9, генератор 10 импульсов, триггер 11, первый элемент И 12,первый элемент ИЛИ 13, элемент НЕ 14, шестой элемент И 15, седьмой элемент И 16, четвертый элйлент ИЛИ 17, третий элемент И 18, восьмой элемент И 19, шину Установки исходного состояния. Счетчики 1 и 2 служат для подсчета приращений координат в режиме прямой и обратной интерполяции, а их перэые и вторые управляющие входы ля управления сложением и вычитанием. Сумматор 3 служит для подсчета оценочной функции. Первый и второй входы(информационные) сумматора являются входами поступления первого и второго операндов, находящихся соответственно в счетчиках 1 и 2. BTOI

рой и первый управляющие входы, соединенные соответственно со счетными входами второго и первого счетчиков 2 и 1, являютдя соответственj o входом управления вычитанием и слжением операндов, находящихся соответственно в счетчиках 1 и 2, Прямой и инверсный выходы знакового разряда сумматора являются индикаторами отрицательного и положительного числа, находящегося в сумматоре.

Элементы И 4 и 5 служат для формирования на своих выходах счетных импульсов, подсчитьйаемых соответственно счетчиками I и 2, являющихся одновременно и сигналами управления соответственно суммированием содер жимого второго счетчика 2 и вычитанием содержимого первого счетчика 1. Элемент И 4 вырабатывает сигналы только в режиме .интерполирования, а элемент И 5 - в оЬоих режимах.

Элементы ИЛИ 6,7 и 8 служат для сборки сигналов, поступающих на их входы. . , . ,, , ,

Элемент И 9 служит для формированйя тактовых импульсов в течение кадра интеполирования, генератор JLO импульсов - для формирования хаку тоэых импульсов, необходимых для работы устройства в режиме йнте|)полирования, а триггер 11 - для выбора режима работы устройства (интерполирования и аппроксимации).

Элеалент И 12 является нуль-орга-ном/ его входы соединены с инверсными выходами сумматора, 2« Сигнал на выходе элемента вырабамвается Э том случае, если содержимое сум«матора равно нулю, т.е. когда все сигналы на инверсных ,выходах сумматора равны 1.

Элемент.ИЛИ 13 служит для сборки сигналов, появляющихся на его выходе если содержимое сумматора 3 либо отрицательно, либо равно нулю, эле- мент ЯК 14 - для инвертирования сиг,нала, поступающего с выхода элемента ИЛИ 13. Сигнал на выходе элемента НЕ появляется, если содержимое сумматора 2 положительно и не равно нулю, т.е. инверсно по отношению к сигналу с выхода элемента ИЛИ 13.

Элементы И 14,15 и 16 служат для формирования управляющих сигналов в режиме аппроксимации а элемент ИЛИ 17 - для сборки сигналов. Сигнал на его выходе появляется.в том случае если очередное поступившее на вход устройства при1)ащение лежит яа конце сформированного отрезка. Это сигнал является сигналом признака Конец отрезка.

Элемент И 19 является индикатором нуля и вырабатывает на своем выходе сигнсш, если содержимое счетчиков 1 и 2 равно нулю, для этого его входы

соединены с инверсными выходами счетчиков.

Шина Установка исходного состояния 20, служит для установки триггера, что обеспечивает переключение на режим интерполирований

Интерполятор работает следующим образом.

интерполируемая прямая делит 1Шос кость XY на две области: область, где , находится под прямой, об ласть, где F О, расположена ,над прямой и для точек, расположенных на прямой линии (фиг. 2).

Значение оценочной функции в любой промежуточной точке определяется выражением. ;

р,.--5: Y ax-j: X лт,

(1)

V O4ji3 J

где Уц, ц координаты конечной точки (координаты начальной точки совпадают- с началом координат);

Х, Vj - координаты (Текущих; точек Если промежуточная точка траектории с учетом смещения, определяемого начальньпл значением оценочной функции находится в области F О, . дергается по оси V, если в области то по оси X. Каждому шагу вдоль одной из ее осей соответствует согласно выражению 1) свое значение оценоЧ ной функции. Начальное значение оценочной функции FPJ,. При обработке траектории по кгосдой из осей координат должно быть сделаЕнб заданное число кзагов. Чтобы упростить процедуру расчета, учет количества ««агов ведется одновременно с интерполяцией путем полслёдовательного вычитания отработанного числа шагов из заданного. Точность интерполирования при этом- не ухудцгается, но уменьюается объем оборудования, так как подсчет числа шагов. осую.ествляется самим интерполятором.

С учетом сказанного значевнне .оценочной функции будет определяться выражением

р,р+21 (Y-Y)dx.-s: (. (2)

J °° J

Вьтаисления закайчиваготся, когда по каадой из осей координат будет отработано заданное чнсло шагов, т.е. когда будет выполнено условие

VV и . о.

В этом случае значения текущих коориинат точки будут равнЕа своим кон,ечным значениям, т.е. X(s3Jij.

Разйость между текущими значениями координат точки и конечньтми значениями (2) подсчитывается счетчиками 2 и 1 интерполятора, а момент достижения конечных значений координат фиксируется элементом И 19. Тем самым на одно)и и том же оборудовании реализуется одновременно два процесса: интерполяция и отсчет количества сделанных шагов. Раньше для этой использовался большой объем оборудования. Процесс обратной интерполяции во многом сходен с процессом прямой интерполяции. Начальное и текущее значения оценочной Лункции определязотся так же,как и раньше, в завиоимости от расположения координат текущей точки относительно формируемого отрезка. В процессе обратной интерполяции происходит накопление приращений, а не их убывание - выражение в круглых скобках в (2) .Обозначим и к л Подставив эти значения в выражение (2)получим выражение оценочной функции для режима.обратно интерполяций / : Y,4X.-. , - ...,.- 1 . t J «UD J Y 5I dY, иХ.г J -|7;..-|Значения тек иих координат формируемого отрезка, подсчитываемые соответственно счетчи . K3fW 2 и 1. Будем считать, что текущее единичное прираиениелХ- ;,принадлежит формируемому отрезку, если и, соответственно, текущее единичное приращениелХ 4-., принадлежит формируемому отре 3 ку, если F|j О , При нарушении этого условия считаем, что отрезок сформирован, а накопленные к этому времени значения текущих координат являются координатами конечной точки этого отрезка (координаты начальной точки при этом совпадают с началом координат). Указанные логические условия peaлизуются с помошью введенных в устройство дополнительных элементов и. связей, В исходном состоянии счетчики 1 и 2, сумматор 3 и триггер 11 обнулены, а счетчики включены на режим работы суммирования. В режиме интерполирования устройство работает следующим образом. Перед началом работы счетчики 1 и 2 содержат зна чения конечных координат отрезковX ц и у (начальные координаты совпадают с началом систе мы координат), а сумматор - начальное значение оценочной функции FQQ У - X Затем сигналом по входу io триггер 11 переводится в единичное состояние в результате чего сЧ|5}(гчики 1 и 2 пере водятся в режим вычитания, а импульс генератора 10 импульсов через элемен И 9 поступают на входы элементов И 4 и ИЛИ б. С выхода последнего импульсы поступают на вход элемента И 5. Если содержимое сумматора отрицатeльнo разрешающий потенциал с выхода знакового разряда сумматора прикладывается к входу элемента И 4 и импульсы с его второго входа будут проходить на выход этого элемента и через элемент ИЛИ 8 на входы сумматора 3, включая режим сложения содержимого счетчика 2 с содержикым сумматора, при этом содержимое сумматора изменяется и станет равным н,, а содержимое счетчика 1 уменьшится на 1 единицу и станет равным . Подобный процесс продолжается до . тех пор, пока содержимое сумматора. не изменит свой знак на противопоЛОЖНЫЙ или не станет равным нулю. При этом содержимое счетчика 2 оста нётся неизменным, а содержимое счетчика 1 изменяется с приходом каждого импульса в соответствии с выражением X. Х.-ДХ. .. ЛХ. Х„-51 « 1 1И , t,x .. При изменении знака содержимого сумматора на противоположный или при равенстве нулю содержимого сумматора разрешакэщий потенциал с выхода знакового разряда сумматора прикладывается к входу элемента И 5. В результате этого импульсы, поступающие с выхода этого элемента на входы сумматора 3 и счетчика 2, изменяют их содержимое. Содержимое счетчика 2 изменяется в соответствии ,-. выражением . uY....Y..а содержимое сумматора изменяется в соответствии с выражением ( Этот процесс продолжается до тех пор, пока содержимое сумматора не изменит свой знак на прбтиватоложный. Последовательность описанных автоколебательных процессов продолжается до тех пор, пока содержимое счетчиков 1 и 2 не станет равным нулю. Это будет свидетельствовать о том, заданное число шагов по . .. „ .„ обоим осям системы кЬординат отработано. При этом наличие на йсех инверсных выходах счетчиков, а следовательно, и на входах элемента И 19 сигналов прив.едет к появлению .э выходе этого элемента сигнала. устанавливающее триггер 11 в исход ное состояние. С переводом триггера 11 в исходное состояние разрешающий потенциал на входе элемента И 9 исчез1ает и устройство, прекращает свою работу. При этом счетчики оказываются в исходном нулевом состоянии, сумматор 3 очищается (связь от выхода элемента И 19 на нулевой установочный вход сумматора на фиг. 1 не показана) и устройство готово к приему - очередного кадра информации Импульсы, появляющиеся на выходах элементов ИЛИ 7 и 8, являются сигна лами управления перемещением исполнительного органа по координатным и X соответственно. Принцип работы устройства в реяси мё прямого интерполирования поясняется примером, приведенным на фиг.2 и 4. В режиме обратного интерпойирова ния триггер 11 находится в исходном состоянии и счетчики 1 и 2 включены на режим суммирования. В процессе работы содержимое из меняет свой знак. И если сод ержимое сумматора 3 положительно или равно нулю, то разрешающий потенциал с инверсного выхода знакового разряда суивдатора прикладывается к управляю щему входу элемента И 5. Если содер жимое сумматора оказывается равным .нулю, то разрешающийся потенциал с, выхода элемента И 12, на входах которого в это время присутствуют все разрешающие единичные сигналы, через элемент ИЛИ 14 на вход элемента И15. Если содержимое сумматора отрица тельно, то разрешающий потенциал с прямого выхода знакового разряда сумматора прикладйгвается к управляю щему входу элемента И 18, и через элемент ИЛИ 13 к входу элемента И 15. Если содержимое cywwaTopa не pas но нулю и положительно, то разрешаю щий потенциал после инвертирования сигнала с выхода элемента ИЛИ 13 элементом НЕ 14 прикладывается к входу элемента И 16. ; Если содержимое сумматора в процессе работы равно нулю или отрицаг тельно, то элемент И 15 открыт и: поступающие на другой его вход импульсы проходят на выход элемента и через элемент ИЛИ 8 поступают на управляющий вход сумматора -3, разре шая суммирование сод ержимого счетчика 2 с содержимым сумматора, и на вход счетчика 1, изменяя его содержимое на единицу. Знаяен.ия содержимого сугллатора и счетчика2 при этом будут определяться соответственно выражениями ..л ,,../iM litSAj ( Если содержимое сумматора в процессе работы равно нулю или положительно,, то элемент И 15 открыт и поступающие с второго входа элемента ИЛИ б импульсы проходят на его выход и ерез элемент ИЛИ 7 поступают на управляющий вход сумматора 3, разрешая вычитание из его содержимого содержимое счетчика 1. Импульсы с выхоа элемента ИЛИ 7,поступающие на вход счетчика 2, изменяют его содержимое на единицу в соответствии с выражениём. ., Y.+uY 51 ЛУ. -jH 1 J 1 I Содержимое сумматора изменяется при этом в соответствии с выражением F. . «F -X. ДУ. ,f., t,j+ i,i 1 )+ J Если содержимое сумматора не равно, нулю и положительно или отри- цательно, то разрешающие потенциадш приложены соответственно к первым входам элементов И 16 и 18. Если в это время на вторых их входах появится импульс, то он проходят на выход соответствующего элемента И и на вход одного из элементов ИЛИ 8 и 7, изменяя- содержимое одного из счетчиков и сумматора, аналогично тому, . как если бы импульсы поступали с выходов элементов И-15 и 5. Одновременно с этим импульс с выхода одного из элементов и 16 или И 18 поступает на вход элемента ИЛИ 17 и проходит на его выход. При появлении этого сигнала разрешается считывание содержимого счетчиков 1 и 2, представляющего значения координат конечной точки прямолинейного отрезка;. После считывания информации и установки счетчиков 1 и 2 и сумматора 3 в состояние нуль (на фиг.1 связь не показана) устройство готово к обработке следующей порции информации. Аналогичным образом npoHcxojoiHT считывание информации и установка счетчиков и сумматора в исходное состояние при поступлении извне сигнала Конец сообщения. Принцип работы устройства .в режИме обратного интерполирования поясняется, примере , приведенным на фиг.З и 5. Работа устройства в режиме обратного интерполирования осуществляется без задержек и поэтому обеспечивает обработку быстропротекающих процессов в реальном времени. Реализация двух процессов на одном и том же устройстве расширяет

его функциональные возможности и пощшает коэффициент использования оЬррудоваиия.

Ислользование устройства в режиме овр19тногр йнтерполкрования позволяет упяЬтиить информацию за счет устранёнкя H36b)TO4ifMX компонентов и- тем caMsw уме«ьшн«ь загрузку каналов при передаче информации на рдсстояние, уменьшить объемы памяти, 1р уемые для хранения информации, и уменыдать процессо рное время, заггра нваемое .на автоматизированную обработку информации.

ynpomeHj e предлагаемого устройств достигнуто за счет того, что для

обратного процесса интерполяции получены сходные с. прямым процессом интерполяции соотношения, которые позволяют реализовать на одной и той же структуре эти вычисления. Кроме того, в известных устройствах определение конца обработки траектории при интерполировании осуществляется с использованием дополнительного оборудования. В предлагаемом устройстве процесс определения конца траектории осуществляется в самом интерполяторе за счет введения обратного счета числа отработанных шагов и не требует дополнитель ных затрат оборудования.

ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий первый и второй реверсивные счетчики импульсов, подключенные прямыми выходами кавдого разряда соответственио к первым и вторым входам сумматора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, Что, с целью упрощения интерполятора, Ои содержит генератор импульсов, пять элементов ИЛИ, элемент НЕ, восемь элементов И и триггер, подключенный нулевым входом к шине Устанр вка исходного состояния , инверсным выходом - к суммирующим входам первого и второго реверсивных счетчиков импульров, а прямым выходом - к вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков импульсов, соединенных счетными входами соответственно с первым и вторым управляющими входами сумматора, подключенного Инверсным выходом каждого информационного разряда к входам первого элемента И, прямым выходом знакового разряда - к первым входам второго и третьего элементов И и первого элемента ИЛИ, а инверсным выходом знакового разряда - к первому входу чет-.вертого элемента И, соединенного вторым входом с выходом второго элемента ИЛИ, а выходом - с первым .входом третьего эленюнта ИЛИ, подключенного выходом к счетному входу второго реверсивного счетчика импульсов, а вторым входом - к первому входу четвертого элемента ИЛИ и выходу третьего элемента И, связанного вторым входом с первым входом второго элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу пятого элемента И и к второму входу второго элемента И, соединенного выходом с первым входом пятого элемента ИЛИ, подключенного выходом к счет ному входу первого реверсивного счет-. чика импульсов, вторым входом г к (Л выходу шестого элемента И, а третьим входом - к второму входу четвертого элемента ИЛИ и к выходу седьмого элемента И, соединенного первым входом с выходом элемента НЕ,а вторым входом-с первым входом шестого эле- мента И,подключенного вторым входом j к входу элемента НЕ и к выходу первого элемента ИЛИ,соединенного вторым вхо00 дом с выходом первого элемента И,приср СП .чем инверсные выходы каждого разряда первого и второго реверсивных счетчиков импульсов подключены соответСП ственно к перв.ым и вторым входам восьмого элемента И,- соединенного выходом с единичным входом триггера, а. первый и второй входы пятого элемента И подключены соответственно к выходу.генератора импульсов и прямо му выходу триггера.

iPue,l

ptfr.J

Iff иг,

fptJii. 5