Вычислительное устройство Советский патент 1986 года по МПК G06J3/00 G06G7/12 

1

Изобретение, относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для функционального преобразования цифровых и аналоговых величин.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач.

На фиг. 1 изображена функциональная схема вычислительного устройства; на фиг. 2 и 3 - алгоритм работы микропрограммного автомата.

Вычислительное устройство содержит первый 1 и второй 2 счетчики, генератор 3 импульсов, цифроуправляе- мый делитель 4 частоты, делитель 5 частоты, цифроаналоговый преобразо- в атель 6, аналоговый блок 7 сравне- Ъия, цифровой блок 8 сравнения, пе- рекл1о 1атель. 9 режимов код-аналог, мультиплексор 10, регистр 11, переключатель 12 входных аналоговых сигналов и микропрограммный автомат 13

Устройство работает следующим образом.

Коэффициент передачи цифроуправ- ляемого делителя 4 частоты задается кодом N счетчика 2. Код п счетчика 1, являясь функцией времени t определяется выражением

. f ()

ов

где f - частота генератора 3.

Код N во времени меняется по линейному закону

N-N,t|.t,

(2)

где Ng - начальный код счетчика 2;

К - коэффициент передачи делителя 5 частоты.

Знак + перед вторым членом в формуле (2) соответствует работе счетчика 2 в режиме слолсения и знак - - резкиму вьиитания.

Дифференцируют (2) и решают его относительно

( I- dt, § dN.

IS.I

Подставив (З) в (l) получают .. f dN ,. : N

J Т - -

„

K.

Устройство обеспечивает вычисление логарифма , произведения

Ъ , частного х - и возведение

Ъ а в степень . Выполнение вьМислений обеспечивается вполне определенной последовательностью логических

593012

сигналов на выходах микропрограммного автомата 13 управления.

Алгоритм работы микропрограммного автомата 13 при цифровых входах ар5 гументов приведен на фиг. 2. Входные сигналы блока 13 обозначены символом у, выходные - символом z. Индексы при у и Z совпадают с цифровым обозначением- соответствующего входа или выхо10 да на фиг. I.

Функциональное описание входных и выходных сигналов микропрограммного автомата 13 следующее.

Установочный вход 14 задания про15 граммы работы устройства является 4-разрядной входной шиной и задает вид вычислительной операции - логарифм, умножение или деление, возведение в положительную или отрида20 тельную степень в соответствии со следующими условиями; при у, 0001 выполняется функция а .Ъ

35

У, 0010

25 О

у,, 1010

0100

н

у,. 1100

b

х - а

Запуск устройства осуществляется импульсом, поступающим на вход

30 15 микропрограммного автомата. Высший управляющий сигнал У(6 определяет режим работы устройства: О - работа с цифровыми аргументами; работа с аналоговыми аргументами. :

Входы 17 и 18 подключены соответственно к выходам счетчика 1 и блока 7 сравнения, у, 1.(0) -.содержимое счетчика равно (неравно) нулю; y,g 1(0) - код счетчика 2 больше - (меньше) кода регистра 11. Аналогично для выходных управляющих сигналов: 2,9 - пуск (останов) генератора 3; (l) - режим сложения (вычитания) счетчика 1; Zj, 0(l) - режим сложе- .

ния (вычитания) счетчика 2.

Выход 29 является 2-разрядной двоичной шиной и поступает на адресный вход мультиплексора 10. Двоичный код на этой шине принимает три

значения: 00, 01, 10. При этом Zj2 ; 00 - адрес входной шины Ng,, , т.е. на выход мультиплексора вьщается код входной шины; 2,01 - адрес счетчика 1; - адрес счетчи„ка2.

По выходам 2327 блок 13

формирует короткие импульсы (л.) в моменты, указанные в алгоритме. При

этом z.. (л.) - установка счетчика 1 в исходное состояние; z (л.) - установка счетчика 2 в исходное состояние; 7,5 (п.) - стробирование счетчика 1, т.е. запись в него выходного кода мультиплексора 10; z(ji) - стробирование счетчика 2; z(sCl- - стробирование регистра 1 1 .

Кроме того, символом S обозначена логическая переменная, являющаяся внутренней для блока 13 и используемая при выполнении операции возведения в степень.

Запуск устройства осуществляется подачей импульса на вход у, 29 , (фиг. 2). При работе с цифровыми входными величинами с выхода 28 блока 13 поступает потенциал О, и устройство настраивается на сравнение кодов счетчика 2 и регистра 11 30. При этом обнуляются выходы 5.. 2„ микропрограммного автомата 13 31J. Счетчики 1 и 2 устанавливаются в исходное состояние 32, Исходным состоянием счетчика 1 является О, т.е. 00...00, а счетчика 2 - 1, т.е. - 001, 00...ОП.

Стробируется регистр 1 1 ЗЗ , в который через мультиплексор 10 записывается код первого цифрового аргумента на адресном входе мультиплексора. Код 00 запускает генератор 3 34j и счетчики 1 и 2 ЗЗ . В момент сравнения кода N счетчика 2с кодом Nq регистра 11 вырабатьгеается сигнал остановки генератора 3 Зб, и в

счетчике 1 согласно (4) зафиксируется код

П, К1п а .

(5)

Т. Если у,4 000 37, т.е. если задано вычислить In а, то по адресной шине 22 устанавливается код 01 38J, код счетчика I через мультиплексор 10 вьщается на цифровой выход устройства Kg,, и работа устройства заканчивается.

I Т. Если же задано вычислить произведение или частное у 0010 или 1010, то по алгоритму приходят к операторам 38, 39. По первому из них 38 Стробируется счетчик 2 и с входа второго цифрового аргумента Ng,, код заносится в счетчик 2, по второму 39j - устанавливается режим сложения или вычитания (в зависимости от значения старшего разряда y счетчика 2. По 40 устанавливается

2593014

режим вычитания счетчика 1, и по 41j вновь запускается генератор.

При вьтолнении 42 код счетчика 2 увеличивается или уменьшается с кодовеличины в, а код счетчика 1 уменьшается с величины п,. В момент обнуления счетчика 1 генератор 3 останавливается 431 , при этом в зависимости от старшего разряда у,, име10

ем соотношение

п,К In

Ъ- ъ

или

п; -к In

Ъ

где к - код счетчика 2 к моменту 43 , решив (6) и (7) относительно X с учетом(5), получают

Х(

К In In

Ъ

X , :а Ъ;

(8) (За)

Kin ;

По 44J код счетчика 2 выдается на выходную шину Nf,j,ix Поскольку , то через L48j выходят на окончание работы устройства.

ГТГ. Дпя возведения в степень после 37j выходят на 46j. Поскольку , далее следуют на 47 и на управляющем входе мультигшексора 10 устанавливается по шине 22 адрес счетчика 1. Выполнив 33,...,36 как

это описано в

вычисляют

п, In а, 1

(9) в момент Зб

где П2 - код счетчика при .

Вновь проходят через 37 и 46J , но из-за выходят на 38, 39.

По аналогии с ГГ к моменту 43, получают соотношения, аналогичные ( 6) и (7 ) :

X,

Ъ

Подставив чают

I TJ- л X 2

(9) в (10)

; (10) (II)

и (11) , полу(12) (13)

Теперь, поскольку вновь , проходят 49,...,52, код х,2 счетчика 2 записывает О в счетчик I ЗО, счетчик 2 устанавливается в исходное состояние и режим сложения 51, 52. Затем вновь проходят 40,...,43. Теперь по аналогии с (6) и (10) имею

.b -In а; х -К-Ъ-1п а

x,K.lnx,,,j ,

(14)

где X - новое значение кода счетчика 2.

Решаем (14) с учетом (12), (13). К-Ып а K-ln xj ; K-bdn In х ; (-15

lnx, b lna; х , (16) lnx; -b ln а; х а- (17)

Таким образом устройство обеспечивает вычисление логарифма, множи- тельно-делительные операции и возведение в степень.

Рассмотрим работу устройства при аналоговых входных величинах (фиг.З)

Для управления переключателем 12 используется младший разряд адресной шины 22. По выходу 28 блока 12 устанавливается потенциал 1 и блок 7 настраивается на сравнение аналоговых величин переключателя 1 и ЦАП 6 5 .

Алгоритм приведен на фиг. 3, По запуску блока 13 ЗЗ счетчики 1 и 2 устанавливаются в исходные состояния зз и режимы сложения . Переключатель I2 устанавливается в положение Ug, С57, запускается генератор 3 импульсов 5В . С ростом кода счетчика 2 растет выходной сигнал ЦАПД59 и при ицдп5 Ugj, y,g переходит из О в. Ч. Генератор 3 Импульсов останавливается . В счетчике 1 в этот момент имеется код п,:

n,K..lnUB, . (18)

Если задано вычислить логарифм входной величины, т.е. у, 00,01 то код П( счетчика 1 записьшается в счетчик 2 б2, и на выходную клемму Ugf,, поступает сигнал

вьи.гК 1п и„ ,

(19)

Так как по шине 22 установлен адрес счетчика 1,то код п , являющийся цифровым эквивалентом ,,, поступает на цифровой выход устройства

8ЫХ

, Т.е. выходная величина представлена в двух видах.

Если задано вычислить произведение ,,, 1ШИ частное х .. ,

то после 60, 613 приходят к бЗ, 64, 65J. Переключатель 12 переводится в положение , и к входу аналого вого блока 7 сравнения подключается Ug(,j . Счетчик 2 устанавливается в исходное состояние C64J, режим счетчика 1 устанавливается в соответствии со старшим разрядом У, 65j. При этом в нем сохраняется код п,. Запускается генератор 3 L66J и в момент 67

и

- цеп 4 - BX Z

Генератор 3 останавливается 68j в счетчике 1 зафиксируется код

n-n.lnUj,, iK-lnLV, , (20) где знак ± определяется старшим разрядом у, .

Счетчик 2 вновь устанавливается в исходное состояние 69,, счетчик 1 переводится в режим вычитания , при этом в нем сохраняется код п. Запускается генератор 3 импульсов 7 . Код счетчика 1 уменьшается 72 , и при обнулении его генератор 3 останавливается 70 . В этот момент на аналоговом выходе устройства в зависимости от знания старшего разряда у,4 имеем: Uewx.Uen Uext (ст. разряд у,0); (21)

0 и 5 0

5

0

5

,

8мхг

UBM

т т

- 9Х1

(ст. разряд у,). (22)

На цифровой выход устройства при этом выдается код счетчика 2, являющийся цифровым эквивалентом Ujj,, .

Описанная последовательность выполнения вычислений не является единственной и может быть весьма разнообразна без изменения структуры устройства путем изменения внутренних связей блока 13 или изменением программы его работы. Очевидно также, что и объем вычислений не ограничивается приведенным. В частности, при выполнении 38, 44 или б5,..., 70 производится вычисление антилогарифма числа, занесенного в счетчик 1. Можно также выполнить множи- тельно-делительные операции типа

а-Ъа с

Х и также х

са

Можно одновременно использовать одни входные величины в аналоговой форме, другие - в цифровой. Для этого достаточно сделать изменяемым в процессе вычислений сигнал .

Необходимую точность вычислений, особенно для цифровых величин, можно обеспечить уменьшением дискретности воспроизведения логарифмической функции (4) за счет увеличения разрядности дробной части счетчика 2.

Формулаизобретения

Вычислительное, устройство, содержащее генератор импульсов, два счетчика, аналоговый блок сравнения., цифровой блок сравнения, цифроаналого- вьш преобразователь, переключатель

7

входных аналоговых сигналов и микропрограммный автомат, причем выход сигнала нулевого состояния первого счетчика соединен с первым входом микропрограммного автомата, выход второго счетчика соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя и с первым входом цифрового блока сравнения, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом аналогового блока сравнения, первый вход переключателя входных аналоговых сигналов соединен с входом задания первого аналогового аргумента устройства, входы начальной установки первого и второго счетчиков соединены соответственно с первым и вторым выходами микропрограммного автомата, входы установки режимов сложение - вычитание первого и второго счетчиков соединены соответственно с третьим и четвертыми выходами микропрограммного

автомата,

отличающееся

тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него введены циф- роуправляемый делитель частоты, делитель частоты, регистр, мультйплек- рор и переключатель режимов, причем выход генератора импульсов соединен с информационными входами делителя частоты и дифроуправляемого делителя частоты,управляющий вход которого соединен с выходами второго счетчика, выходы цифроуправляемого делителя частоты и делителя частоты соединены соответственно со счетными входами первого и второго счетчиков, первый информационный вход мультиплексора соединен с выходом второго счетчика, второй информационный вход мультиплексора соединен с входом задания первого цифро593018

вого аргумента устройства, третий информационный вход мультиплексора соединен с выходом первого счетчика, выход мультиплексора соединен с ин- 5 формационным входом регистра, информационными входами первого и второго счетчиков, цифровым выходом устройства и входом второго цифрового аргумента устройства, управляющий вход О мультиплексора соединен с пятым

выходом микропрограммного автомата, младший разряд пятого выхода микропрограммного автомата соединен с управляющим входом пере ключателя 5-входных аналоговых сигналов, второй I вход .которого соединен с входом то- рого Залогового аргумента устройства, а выход - с вторым входом аналогового блока сравнения, выход анало0 гового блока сравнения соединен с первым входом переключателя режимов, второй вход цифрового блока сравнения соединен с выходом регистра, выход цифрового блока сравнения соединен с

5 вторым входом переключателя, управляющий вход которого соединен с шестым выходом микропрограммного автомата, седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены соответст0 венно со стробирующими входами первого и второго счетчиков и регистра, выход цифроаналогового преобразователя соединен с аналоговым выходом устройства, вход задания программы

J работы устройства соединен с четвертым входом, микропрограммного автомата, пятый вход которого является входом пуска устройства, а десятый выход соединен с входом пуСка-оста0 нова генератора импульсов, при этом вход задания режима код-аналог устройства соединен с шестым входом микропрограммного автомата.

jfli- У в 2г1

;-J, .32J

2га ,Zii-0 1г},21чЛ.

, дай.

I

--ИГ

I

pgJ/wtf,

(Начало )

.

iJyg П

,Zi8-1 I

55-1. p5g V I p57-J,

|2гз,. I I Z3o, I I

Й

S

Конец 3

Составитель Н. Фирсов Редактор Н. Яцола Техред М.Ходанич

Заказ 5124/48 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.З

Корректор Т.Колб