Устройство для интегрирования функций Советский патент 1985 года по МПК G06G7/18 

та И, выход блока умножения связан с входом блока индикации, а второй вход триггера широтно-импульсной модуляции через многопозиционный переключатель соединен с выходом регистра последовательного типа, подключенного входом к выходу усилителя импульсов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ФУНКЦИЙ, содержащее бистабильную запоминающую электронно-лучевую трубку , к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока кадровой развертки, мишень подключена квходу усилителя импульсов и через первьш токоограничивающий резистор соединена с вшной нулевого потен1щала, а коллектор через второй токоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства и первым вьгаодом резистора переменного сопротивления, второй вьшод которого подключен к шине нулевого потенциала, а средний вьшод - к первому входу компаратора И через первый разделительный диод к вертикальньм отклоняющим пластинам, соединенным через второй разделительный диод с первым выходом блока строчной развертки, подключенным к второму входу компаратора, второй выход блока строчной развертки через формирователь импульсов . . соединен с входами счетчика координаты и счетчика интервала, выходы которых через триггер разрешения подключены к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к первому входу триггера широтно-импульсной модуляции, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и расширения класса решаемых задач, в него введены генератор тактовых импульсов, второй и третий элементы И, счетчик абсциссы, счетчик ординаты, сумматор, блок деления, блок умножения, блок индикации, регистр последовательного типа и многопозицион ный переключатель, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, второй вход второго элемента И и пцрвюЧ вход сумматора подключены к выходу триггера широтно-импульсной модуляции, а-второй вход третьего элеменСП та И и вход разрешения блока деления оэ ; подключены к выходу-триггера разре00 00 К) шения , выход второго элемента И через счетчик ординаты соединен с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с вторым выходом счетчика интервала, соединенного входом разрешения с выходом счетчика координаты, выход блока деления подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом счетчика абсциссы, входом подключенного к выходу третьего элемен

Изобретение относится к вычисли тельной технике и предназначено дл определения интеграла нескольких функций. Известно устройство для интегри рования -функций, содержащее бистабильную запоминающзто трубку и изBecTHBie блоки строчной и кадровой -развертки, триггер широтно-импульс ной модуляции, усилитель считанного сигнала, усилитель постоянного тока и т.д. Устройство позволяе определять интеграл исследуемой функции как величину изменения тока в цепи сигнальной пластины (мишени) запоминающей электроннолучевой трубки (ЗЭЛТ) при зачерчива нии считывающим лучом поверхности мишени, ограниченной потенциальным рельефом записанной функцииС11 К недостаткам устройства следует отнести, во-первых, невозможность реализации интегрирования функций в требуемых пределах и с достаточной точностью, в связи с teM что сканирование поверхности мишени считывающим лучом осуществляется от минус бесконечности до плюс бесконечности по обеим координатным осям, считая, что начало координат, в которых изображена интегрируемая функция, совпадает с центром мишени 33JITJ во-вторых, неспособность данного устройства производить интегрирование нескольких функций, так как результирующее изменение тока мишени при зачер чивании ее поверхности считывающим лучом неадекватно сумме интегралов исследуемых функций. Кроме того, невозможно вычислить интеграл каждо из нескольких функций в отдельности « Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для интегрирования функ ий, содержащее бистабильную, запоминающую электроннолучевую трубку, к модулирующему электроду записывающего электронного прожектора которой подключен выход триггера широтно-импульсной модуляции, к горизонтально отклоняющим пластинам подключен выход блока кадровой развертки, мишень соединена через первый токоограничивающий резистор с шиной нулевого потенциала и подкгаочена к входу усилителя считанного сигнала, выход которого соединен с первым входом триггера широтно-импульсной модуляции, а коллектор через второй токоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства и подключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого является информационным выходом устройства и входом усилителя обратной связи, первый выход которого соединен с катодом воспроизводящего прожектора, а второй выход соединен с мишенью, формирователь импульсов, выход которого подключен к входам счетчика координаты и счетчика интервала, элемент И и триггер разрешения, вь ходом соединенный с первым входом элемента И, а входами - с выходом счетчика координаты и с выходом счетчика интервала, вход формирователя импульсов соединен с первым выходом блока строчной развертки, кроме того, компаратор и два разделительньпс диода, причем один из вьгоодов переменного резистора подKJB04eH к входу питания, второй соединен с шиной нулевого потенциала, а средний вывод подключен к первому входу компаратора и через первый разделительньй диод - к вертикально отклоняющим пластинам бистабияьной запоминающей электроннолучевой трубки, а выход через элемент И соединен с вторым входом триггера широтно-гимпульсной модуляции. Данное устройство характеризуется высокой точностью интегрирования функций за счет введения уровня компарации, ограничивающего площадь интегрирования исследуемых функций по оси У С2 . Однако описанное устройство не приспособлено для вычисления интегралов нескольких функций, поскольку невозможно в аналоговой форме определить долюизменения тока мишени ЗЭЛТ при интегрировании каж дой из имеющихся нескольких кривых так как устройство регистрирует только общее изменение тока мишени ЗЭЛТ, а в случае интегрирования нескольких функций это изменение тока даже неадекватно сумме площадей под линиями функций, т.е. неадекватно сумме интегралов функций . Цель изобретения - повьщ1ение то ности и расширение класса рещаемьк задач. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для интегрирования функций, содержащее бистабильную запоминающую электроннолучевую трубку, к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подклю чен выход блока кадровой развертки мишень подключена к входу усилителя импульсов и через первый токоограничивающий реэистор соединена, с шиной нулевого потенциала, а кол лектор через второй токоограничива щий резистор соединен с входом пит ния устройства и первым выводом резистора переменного сопротивления, второй вьгеод которого подключен к шине нулевого потенциала, а средний вывод - к первому входу компаратора и через первьй раздели тельный диод - к вертикальным откл няющим пластинам, соединенным чере второй разделительный диод с первы выходом блока строчной развертки, подключенным к второму входу компа ратора, второй выход блока строчной развертки через формирователь импульсов соединен с входами счетчика координаты и счетчика интерва ла, выходы которых через триггер разрешения подключены к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом 24 компаратора, а выход подключен к первому входу триггера шпротно-импульсной. модуляции, введены генератор тактовьгх импульсов, второй и третий элементы И, счетчик абсциссы, счетчик ординаты, сумматор, блок деления, блок умножения, блок индикации,регистр последовательного типа и многопозиционньй переключатель, причем выход генератора тактовых; импульсов соединен с первыми входами второго и третьего элементов И,второй вход второго элемента И и первмй вход сумматора подключены к выходу триггера широтно-импульсной модуляции, а второй вход третьего элемента И и вход разрешения блока деления подключены к выходу триггера разрешения, выход второго элемента И через счетчик ординаты соединен с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с вторым выходом счетчик интервала, соединенного входом разрешения с выходом счетчика координаты, выход блока деления Подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом счетчика абсциссы, входом подключенного к выходу третьего элемента И, выход блока умножения связан с входом блока индикации, а второй вход триггера широтно-импульсной модуляции через многопозиционный переключатель соединен с выходом регистра последовательного типа, подключенного входом к выходу усилителя импульсов . На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит бистабильную ЗЭЛТ t, к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока 2 кадровой развертки, мишень соединена через первый токоограничивающий резистор 3 с шиной нулевого потенхщала и подключена к входу усилителя 4 импульсов считанного сигнала, а коллектор через второй токоограничивающий резистор 5 соединен с входом 6 питания устройства и подключен через резистор 7 переменного сопротивления к первому входу компаратора 8 и через первьй разделительный диод 9 к вертикальным отклоняющим ппастинам. s к которым через второй разделитель ный диод 10 подключен первьй выход блока 11 строчной развертки, которь соединен с вторым входом компаратора 8, причем второй выход блока П строчной развертки соединен с входом формирователя 12 импульсов, вых которого подключен к входам счетчика 13 координаты и счетчика 14 интервала, при этом выход счетчика 13 координаты подключен к первому вход триггера 15 разрешения, к второму входу последнего подключен выход счетчика 14 интервала, а выход триг гера 15 соединен с первым входом первого элемента И 16, второй вход которого подключен к выходу компаратора 8, а выход - к первому входу триггера 17 широтно-импульсной моду ляции генератор 18 тактовых импуль сов, второй элемент И 19 и третий элемент И 20, счетчик 21 абсциссы, счетчик 22 ординаты, сумматор 23, блок 24.деления, блок 25 умножения блок 26 индикации, регистр 27 последовательного типа и многопозиционньй переключатель 28, причем выход генератора 18 тактовых импульсов соединен с объединенными первыми входами второго элемента И 19 и третьего элемента И 20, второй вход второго элемента И 19 и первьй вход сумматора 23 подключен квыходу триггера 17 широтн импульсной модуляции, а второй вход третьего элемента И 20 я первый вход блока 24, деления подключены к выходу триггера 15 разрешения, при этом к выходу второго элемента И 19 подключен вход счетчика 22 ординаты, выход которого соединен с входом сумматора 23, выход последнего соединен с вторым входом блока 24 деления, входом подключенного к второму выходу счетчика 14 интервала, второй вход которого соединен с выходом счетчи ка 13 координаты, а выход блока 24 деления соединен с первьт входом блока 25 умножения, другой вход последнего соединен с выходом счет чика 21 абсциссы, вход которого соединен с выходом третьего элемента И 20, выход блока 25 умножения подключен к входу блока 26 индиЛации, а вход триггера 17 широтноимпульсной модуляции подключен к выходу переключателя 28, вход кото 2 рого соединен с выходом регистра 27, подключенного входом к выходу усили-i теля 4 импульсов считанного сигнала. Устройство работает следуюпщм образом. В режиме записи производится запись исследуемых функций на мишени ЗЭЛТ 1, в результате чего на мишени ЗЭЛТ образуется потенциальный рельеф нескольких функций, подлежащих исследованию. В режиме воспроизведения перед началом считывания упомянутого потенциального рельефа производится запись в цифровой форме координаты нижнего предела интегрирования в счетчик 13 координаты и величины интервала интегрирования в счетчик 14 интервала. Затем оператор уста- . навливает необходимую величину смещения по оси V (начальньй горизонтальный уровень отсчета) с помощью резистора переменного сопротивления . Положение начального горизонтального уровня отсчета определяется визуально путем установки луча в нужной точке отсчета по шкале на экране ЗЭЛТ 1. При этом постоянное напряжение смещения через диод 9 подается на вертикально отклоняющие пластины ЗЭЛТ 1, фиксируя начальное положение считывающего луча в нужной точке, и на первый вход компаратора 8 Кроме того, оператор устанавливает многопозиционньй переключатель 28 в такое положение, при котором с выхода регистра 27 на вход триггера 17 широтноимпульсной модуляции поступают только импульсы-отметки, полученные при пересечении потенциального рельефа одной из всего множества исследуемых функций. Вычисление интеграла начинается с момента зпуска блока 11 строчной развертки и блока 2 кадровой развертки. Импульсы, соответствующие началу строк блока 11 строчной развертки, через формирователь t2 поступают на входы счетчиков 13 и 14, а пилообразное напряжение строчной развертки с второго выхода блока 11 строчной развертки поступает на второй вход компаратора 8 и через диод 10 - на вертикально отклоняющие пластины ЗЭЛТ, при этом гтоисходит счет импульсов счетчиком

13 координаты, а также формирование на выходе компаратора 8 импульса, временное положение которого соответствует моменту равенства пилообразного напряжения и напряжения постоянного смещения на входах компаратора. Этот момент соответствует начальному горизонтальному уровню отсчета - уровню компарации.

Импульс с вьгхода компаратора 8 поступает на второй вход элемента И 16, первый вход которого соединен с выходом триггера 15 разрешени Триггер 15 разрешения в исходном (нулевом) состоянии запирает з:лементы И 16, 20 по первьм входам, при этом импульсы с выхода компаратора 8 не проходят на вход устано ки в единицу триггера 17 широтноимпульсной модуляции, а тактовые, импульсы с генератора 18 не поступают на вход счетчика 21 абсциссы. Счетчик 21 не работает. Как только счетчик 13 координаты просчитает заданное количество импульсов, эквивалентное координате нижнего предел интегрирования, сигнал с его выхода разрешает начало работы счетчика 14 интервала и одновременно устанавливает в единичное состояние триггер 15 разрешения. При этом высокий аднничньй уровень выходного напряжения с выхода триггера 15 разрешения открьгоает по одному из входов элементы И 16, 20. В результате элемент И 20 разрешает прохождение счетных импульсов с генерато.ра 18 на вход счетчика 21 абсциссы, а элемент И 16 пропускает на вход установки в единицу триггера 17 широтно-нмпульсной модуляции импульс, соответствующий уровню компараЦии с выхода компаратора 8. Этот импульс устанавливают в единицу триггер 17 широтио-импульсной модуляции, последний открывает элемент И 19 для прохождения счетных импульсов с выхода гейератора 18 н вход счетчика 22 ординаты.

В счетчике 22 ординаты начинает формироваться число, соответствующее мгновенному значению ординаты исследуемой функции. Счетчик 22 ординаты останавливается в момент, когда на нулевой вход триггера 17 широтно-импульсной модуляции поступает импульс-отметка с выхода усилителя импульсов считанного сиг533328

нала, формируемьй при пересечении считывающим лучом потенциального рельефа исследуемых функций. Поскольку на мишени ЗЭЛТ 1 записа5 ны сразу несколько функций, то при считывании потенциального рельефа формируется несколько импульсовотметок, которые поступают на усилитель 4 импульсов, где усиливаются О и нормируются.

С выхода усилителя 4 импульсный сигнал, представляющий собой серию импульсов-отметок, поступает на вход регистра 27 последовательного

15 типа.

IКак отмечалось ранее, перед началом считьтания потенциального рельефа оператор устанавливает переключатель 28 в определенное положение, например, при котором импульсотметка, полученный при пересечении первой исследуемой .функциональной зависимости, поступает в первьй разряд регистра, устанавливает его

в единичное состояние, сигнал с

выхода первого разряда регистра поступает через переключатель 28, который в данном случае подключен к выходу первого разряда регистра,

30 на вход установки в нуль триггера 17.

Импульс-отметка устанавливает триггер 17 широтно-импульсной модуляции в нулевое состояние, последJ5 НИИ запирает элемент И 19, и в счетчике 22 ординаты прекращается счет, при этом число, сформированное в этом счетчике, соответствует значению мгновенной ординаты исследуемой функции. Содержимое счетчика 22 ординаты переписывается в сумматор 23 задним фронтом сигнала с выхода триггера 17 шйротно-импульс- . ной модуляции. В сумматоре 23 формируется сумма мгновенныгх значений ординат в течение времени, заданного в счетчике 14 интервала.

В это же время в счетчике 21 абсциссы происходит формирование числа, представляющего сумму мгновенных значений абсцисс исследуемой функции. Счетчик 21 абсциссы останавливается в момент прекращения работы счетчика 14 интервала. В это время триггер 15 разрешения устанавливается в нулевое состояние сигналом с выхода счетчика 14 интервала. Нижний уровень выходного напряжения триггера 15 разрешения закрывает элементы И 16, 20, что препятствует прохождению импульсов с выхода компаратора на вход установки в единицу триггера 17 широтно импульсной модуляции, а счетных импульсов - с выхода генератора 18 на вход счетчика 21 абсциссы.

По заднему фронту сигнала с выхода триггера 15 разрешения содержи мое сумматора переписывается в блок 24 деления, где происходит деление суммы мгновенных значений ординат н количество ординат (строк считывания) , т.е. определяется среднее значение ординаты исследуемой функции. Количество ординат подсчитвается в счетчике 14 интервала и переписывается в блок 24 деления по окончании работы .счетчика 14 интервала задним фронтом сигнала с выхода триггера 15 разрешения.

Частное деление,представляющее среднее значение ординаты,по окончании процесса деления поступает в блок 25 умножения. В блоке 25 умножения перемножаются средняя ордината исследуемой функции и абсцисса, подсчитанная в счетчике 21 абсциссы, причем оба значения представлены в одном временном масштабе так как формирование их произведено с помощью заполнения временных интервалов тактовыми импульсами одного и того же генератора.

На выходе блока умножения регистрируется число, равное площади фигуры под линией исследуемой функции, т.е. интегралу исследуемой функции. Величину этой площади отражает в цифровом виде блок индикации.

Интегрирование, остальных кривых производится аналогично при изменении положения переключателя 28.

Конструкция предлагаемого устройства позволяет значительно расширить его функциональные возможности, а именно производить исследование процессов, отраженных несколькими функциональными зависимостями, повысить точность вычислений путем введения цифровой обработки и цифровой индикации.