Устройство для воспроизведения функций Советский патент 1984 года по МПК G06J1/00 

Изобретение относится к аналого-цифровой вычислительной технике и может быть использовано в аналого-цифровых комплексах и устройствах автоматики.

Известен формирователь сложной функции, содержащий блоки суммирования, интегрирования, дифференцирования, перемножения и диодные блоки 1.

Недостатком формирователя является то, что его структура (тип блоков и способы их соединения) определяется решаемой задачей, а не для всякой функции легко отыскать достаточно простое и удобное к воспроизведению на формирователе сложной функции определяющее дифференциальное уравнение, что накладывает определенные ограничения на класс исследуемых функций.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является формирователь сложной функции, содержащий генератор тактовых импульсов, элемент И-НЕ, триггер ручной адресации, триггер загрузки адреса, блок формирования адреса, счетчик адреса, блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь, причем вход блока памяти соединен с выходом счетчика адреса, первый вход которого соединен с выходом блока формирования адреса, второй вход счетчика адреса соединен с выходом триггера ручной адресации, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом триггера загрузки адреса, выход элемента И-НЕ соединен с третьим входом счетчика-адреса, выход блока памяти через цифроаналоговый преобразователь соединен с выходом устройства 2.

Недостатком известного устройства являЕбтся его сложность, обусловленная больцюй информативной емкостью блока памяти, характерной для кусочно-ступенчатой аппроксимации (КСА) воспроизводимой функции, используемой в известном устройстве, и ограниченная точность, обусловленная выбросами ЦАП во время его включения.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых и.мпульсов, первый элемент НЕ, триггер, первый элемент И, счетчик адреса и блок памяти, причем входь задания функции устройства подключены к установочным входам счетчика адреса, управляющий вход которого подключен к входу задания режима устройства и к входу первого элемента НЕ, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входо.м первого эле.мента И, выход которого подключен к счетному входу счетчика адреса, информационные выходы которого подключены к адресным входам блока па.мяти, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом синхронизации

триггера, введены второй элемент И, элемент И-НЕ, счетчик числа тактов, блок сравнения, формирователь импульса, мультиплексор, демультиплексор, два цифроаналоговых преобразователя, второй элемент НЕ, два ключа и интегратор, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика числа тактов, вход сброса которого подключен к выходу первого элемента И, а установочные входы соединены с щиной логического нуля устройства, вход задания режима устройства соединен с первым входом элемента И-НЕ, управляющим входом мультиплексора и управляющим входом счетчика числа тактов, выходы которого соединены с первой группой входов блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, а инверсный выход - с вторым входом второго элемента И, выход переполнения счетчика адреса соединен с входом формирователя импульса, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй информационный вход которого подключен к выходу первого элемента НЕ, выход мультиплексора через второй элемент НЕ подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого подключен к информационному входу интегратора, выход которого подключен к выходу устройства, выход мультиплексора соединен с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с входом задания начального значения функции устройства, а выход подключен к входу установки начального значения интегратора, выходы значений длины участка аппроксимации блока памяти соединены с второй группой входов блока сравнения, выходы значений кода крутизны наклона блока памяти подключены к информационным входам демультиплексора, выход знака крутизны наклона блока памяти соединен с управляющим входом демультиплексора, первая и вторая группы выходов которого подключены к группам входов первого и второго цифроаналоговых преобразователей, соответственно, выходы которых объединены и подключены к информационному входу первого ключа.

На фиг., 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства (строчными латинскими буквами на ней обозначены проводники и шины, которые используются в последующих фигурах); на фиг. 2 а - функция У(Т) , ТЕ (0,10 м с); нафиг. 26 - десятичные эквиваленты кодов крутизны и знака наклона линейных участков ап-проксимации воспроизводимой функции; на фиг. 3 - эпюры напряжений, которые поясняют принцип действия предлагаемого устройства (латинскими строчными буквамиобозначены сигналы, которые действуют в соответствующих проводниках).

- Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый элемент НЕ 2, триг гер 3, первый элемент И 4, счетчик 5 адреса, блок 6 памяти, входы 7 выбора функции, вход 8 задания режима, второй элемент И 9, элемент И-НЕ 10, счетчик 11 числа тактов, блок 12 сравнения, формирователь 13 импульса, мультиплексор 14, демультиплексор 15, первый и второй цифроаналоговые преобразователи 16 и 17, второй элемент НЕ 18, шину 19 логического нуля, выход 20 устройства, первый и второй ключи 2 и 22, интегратор 23, вход 24 задания начального значения функции, блок 25 интегрирования. Рассмотрим принцип действия блока 25, функциональная схема которого выделена пунктирной линией на фиг. 1. .

Блок 15 обеспечивает подключение либо ЦАП 16, либо ЦАП 17 в зависимости от значения т-1-го разряда кода, который подается с i выходов блока 6. Если 1/.; О, то подключается ЦАП 16 (и на выходе формируется участок с положительным наклоном), в противном случае, т.е. при Im-i 1, формируется участок с отрицательным наклоном. Крутизна этих участков определяется значением кода в lj...lm-г разрядах. Это объясняется тем, что в зависимости от значения кода в этих разрядах подключаются соответствующие проводимости в ЦАП 16 и ЦАП 17, т.е. через интегратор 23 протекает ток, соответствующий коду 1. В режиме «Интегрирование включен ключ 2 и закрыт ключ 22. Предусмотрен также режим «Установка начальных условий, когда ключ 22 включен. При этом ЦАП 16, ЦАП 17 отключены от суммирующего входа интегратора 23. а вход 24 подключен к интегратору 23.

Управление ключами осуществляется с помощью сигналов S и г. Причем если S сигнал логической «1, а г сигнал логического «О, то формирователь находится в режиме «Установка начальных условий, в противном случае - в режиме «Интегрирование.

Таким образцом, видно, что подавая различные коды 1 (по величине и знаку) можно формировать на выходе 20 устройства различные (по крутизне и наклону) линейные участки временной функции. Это свойство блока 25 используются для реализации устройства, если предварительно произвести кусочно-линейную аппроксимацию (КЛА) воспроизводимой функции времени.

Один из возможных вариантов такой аппроксимации изображен на фиг. 2. При этом

на эпюре о. представлена функция У(Т) , ТЕ (0,10 м/с).Из этой эпюры видно, что указанная функция времени может быть воспроизведена за восемнадцать тактов работы генератора. При этом достаточно десять участков аппроксимации. Из эпюры (фиг. 2 а) видно, что первые пять участков аппроксимации воспроизводятся за один такт работы генератора, каждый шестой и седьмой участки аппрокси.мации - за два такта работы, каждый восьмой, девятый и десятый - за три такта работы каждый.

Число адресов блока 6 в предлагаемом устройстве определяется числом участков аппроксимации (т.е. равно десяти). По каждому из этих адресов хранится т-разрядный код крутизны и знака наклона соответствующего- участка аппроксимации (на фиг. 26 изображены десятичные эквиваленты этих кодов) и q-разрядный код, определякзщий длину участка аппроксимации в такт импульсной последовательности генератора.

Устройство работает следующим образом.

Устройство может функционировать в двух режимах: «Подготовка и «Работа. Первый режим используется для программирования блока 6 и установки начальных условий в интеграторе 23. Второй режим -для воспроизведения функции времени. Режим «Подготовка устанавливается нулевым значением сигнала на входе 8 устройства (эпюры фиг. 3 до момента времени tj). Этот сигнал устанавливает счетчики 5 и 11 в режим приема информации по первым входам (асинхронным). Счетчик 11 при этом сбрасывается в нуль, поскольку его первый вход связан с входом 19 устройства, который соединен с общей щиной устройства. Счетчик 5 устанавливается в состояние, соответствующее входному коду, который формируется на входе 7 устройства и представит нет собой адрес блока 6. По каждому адресу в блоке 6 формируется и заносится код крутизны и знака наклона линейного участка аппроксимации временной функции, а также код числа тактов для соответствующего участка аппроксимации. Таким образом, программируется блок 6 памяти на воспроизведение известной функции времени.

Нулевой сигнал с входа 8 устройства через элемент НЕ 2 транслируется на выход мультиплексора 14, тем самым устанавливая режим «Установка начальных условий (эпюры Sr фиг. 3 до момента времени tj). Начальные условия формируются на входе 24 устройства и подаются на первый вход ключа 22. После конца программирования блока 6 счетчик 5 сбрасывается в нулевое состояние.

Режим «Работа устанавливается единичным значением сигнала на входе 8 устройства (эпюры фиг. 3. в момент времени tj).

После первого импульса генератора I, который появляется после смены сигнала на входе 8 устройства (эпюры Ь, с, d, е на фиг. 3 в момент времени t). Счетчики переводятся в счетный режим, а блок 25 - в режим «Интегрирование и на выходе 20 устройства формируется первый участок аппроксимации временной функции, который длится на один такт и заканчивается в момент времени t. Воспроизведение первого участка аппроксимации длится на один такт потому, что в дополнительных разрядах нулевого адреса блока 6 находится код 00. Этот код совпадает с содержимым счетчика И в начале работы, поэтому на первом выходе триггера 3 появляется сигнал логической «Ь, который открывает элемент И 4, а на втором выходе триггера 3 - сигнал логического «О, который закрывает элемент И 9. При этом второй после включения сигнала на входе 8 устройства импульс генератора I проходит через элемент И 4, увеличивает содержимое счетчика 5 на единицу и подтверждает нулевое состояние счетчика 11 (момент времени 12 на эпюрах d, е фиг. 3). Участки аппроксимации со второго по пятый воспроизводят аналогично. После прихода шестого импульса (эпюры в момент времени tj фиг. 3) считывается пятая ячейка блока 6, т.е. формируется шестой участок аппроксимации функции времени. В дополнительных разрядах этой ячейки хранится код 01. Поэтому после шестого импульса (эп,юра f в момент времени t фиг. 3) на первом выходе триггера 3 появляется сигнал логического «О, который закрывает элемент И 4, а на втором выходе триггера 3 появляется сигнал логической «1, который открывает элемент И 9. При этом следующий - седьмой импульс генератора 1 проходит на четвертый (счетный) вход счетчика 11 и увеличивает его содержимое на единицу (эпюра 1 в момент времени ts фиг. 3), т.е. на его выходе формируется код 01, который равен коду в дополнительных разрядах пятой ячейки блока 6 и по срезу седьмого импульса (эпюра f в момент времени tg фиг. 3) на первом выходе триггера 3 формируется единичный сигнал, который открывает элемент И 4, а на втором выходе триггера 3 - сигнал логического «О, который закрывает элемент И 9, при этом по фронту следующего вось.мого тактового импульса содержимое счетчика 5 увеличивается на единицу, т.е. производится выборка следующей ячейки блока 6, а счетчик 11 обнуляется. Следующие два такта (9 и 10) работы устройства аналогичны предыдущим двум

тактам работы. Далее выбирается следующая ячейка блока 6, в которой дополнительные разряды имеют код 01, счетчик И обнуляется (эпюра 1 в момент времени t; фиг. 3) на первом выходе триггера 3 формируется сигнал логического «О (эпюра f в момент времени tg фиг. 3), который бло,кирует прохождение тактовых импульсов через элемент И 4 на третий (счетный) вход счетчика 5, а на втором выходе триггера 3 - сигнал логической «1, который пропускает через элемент И 9 тактовые импульсы на четвертый вход счетчика 11. Дальнейшая работа устройства аналогична вышеизложенному, только формирование следующих трех участков аппроксимации функции времени идет за три такта работы генератора каждый. В промежутке времени от начала формирования последнего (десятого) участка аппроксимации (эпюра d в момент времени tg фиг. 3) и до конца формирования последнего участка (эпюра d в момент времени tjj фиг. 3), когда счетчик 5 обнуляется, на его втором выходе формируется сигнал переноса (эпюпа g в моменты времени ig t|o фиг. 3), который является для формирователя 13 запускающим, и он формирует на выходе короткий сигнал логической «1 (эпюра h в момент времени tjo, ii} фиг. 3), который воздействуя через элемент И-НЕ 10 на третий вход мультиплексора производит коммутацию его входных сигналов, т.е. единичный сигнал на втором входе мультиплексора коммутируется на его выход, который воздействует на третий вход блока 25 (эпюры S г в моменты времени tjo , tjj фиг. 3), при этом блок 25 устанавливается в режим «Установка начальных условий, что позволяет за время 10 ± установить начальное условие воспроизводимой функции времени. После окончания сигнала на выходе формирователя (эпюра h в момент времени t фиг. 3) устройство воспроизводит заданную функцию времени, начиная из исходной точки, т.е. ее воспроизведение повторяется.

Предлагаемое устройство имеет более высокую точность и меньшую сложность. Более высокая точность достигается применением блока 25, на выходе которого отсутствуют броски напряжения во время переключения кодов на его входе, что объясняется наличием интегратора 25. Броски напряжения на выходе ЦАП при переключении кодов на его входе в прототипе объясняются мерцаниями ЦАП, т.е. имеется ввиду увеличение динамической точности в предлагаемом устройстве, точность повышается за счет замены кусочно-ступенчатой аппроксимации на кусочно-линейную, в результате чего становится возможным уменьшение информационной емкости блока 6.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ФУНКЦИЙ, содержащее генератор тактовых импульсов, первый элемент НЕ, триггер, первый элемент И, счетчик адреса и блок памяти, причем входы задания функции устройства подключены к установочным входам счетчика адреса, управляющий вход которого подключен к входу задания режима устройства и ко входу первого элемента НЕ, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен к счетному входу счетчика адреса, информационные выходы которого подключены к адресным входам блока памяти, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом синхронизации триггера, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй элемент И, элемент И-НЕ, счетчик числа тактов, блок сравнения, формирователь импульса, мультиплексор, демультиплексор, два цифроаналоговых преобразователя, второй элемент НЕ, два ключа и интегратор, причем выход- генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединён со счетным входом счетчика числа тактов, вход сброса которого подключен к выходу первого элемента И, а установочные входы соединены с шиной логического нуля устройства, вход задания режима устройства соединен с первым входом элемента И-НЕ, управляющим входом мультиплексора и управляющим входом счетчика числа тактов, выходы которого соединены с первой группой входов блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом триггера, прямой выход которого соединен с информационным входом триггера, прямой выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, а инверсный выход - с вторым входом второго элемента И, выход переполнения счетчика адреса соединен с входом формирователя импульса, выход которого подключен ко второму входу элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй информационный i вход которого подключен к выходу первого элемента НЕ, выход мультиплексора через (Л второй элемент НЕ подключен к управляюще.му входу первого ключа, выход которого подключен к информационному входу интегратора, выход которого подключен к выходу устройства, выход мультиплексора соединен с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен со входом задания начального значения функции устройства, а выход подключен ко вхосо ду установки начального значения интегратора, выходы значений длины участка ано проксимации блока памяти соединены со 4 второй группой входов блока сравнения, выходы значений кода крутизны наклона блока памяти подключены к информационным входам демультиплексора, выход знака крутизны наклона блока памяти соединен с управляющим входом демультиплексора, первая и вторая группы выходов которого подключены к группам входов первого и.второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, выходы которых соединены и подключены к информационному входу первого ключа.

фиё. 2

t,Utste

i, t. фие.Э

in