Устройство для вычисления показателя экспоненциальной функции Советский патент 1986 года по МПК G06G7/24 

ГС

ю

00

4 Ю Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании процессов, которые описываются экспоненциальной функцией. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение надежности его работы. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства на фиг.2 функциональная схема блока управления. Устройство для вычисления показа теля экспоненциальной функции содер жит пороговые элементы 1 и 2, генераторы 3 и 4 одиночных импульсов, RS-триггеры 5 и 6, сумматор 7, элемент ИЛИ 8, регистры 9 и 10 сдвига, счетчик 11, блок 12 индикации, блок 13 управления, элементы И 14-16, ин формационный вход 17, входы 18 и 19 задания первого и второго эталонных напряжений. - Блок 13 управления (фиг.2) содер жит генератор 20 импульсов, распределитель 21 импульсов, группу ключей 22, последовательную схему 23 сравнения, элементы ИЛИ 24 и 25, элементы И 26 и 27, элемент 28 задержки первый и второй переключатели 29 и 30 режима работы, первьш, второй, третий, четвертьш и пятый выходы 31 35 блока управления соответственно, вход блока 36 управления. Устройство для вьнисления показателя экспериментальной функции работ ет следующим образом. В режиме исходной установки на .первом выходе 31 блока 13 управлени сигналы отсутствуют, а на втором 32 и четвёртом 34 вырабатываются сигналы, которые устанавливают триггеры 5 и 6 и счетчик 11 в нулевое состояние. Разрешающие сигналы инверсных выходов триггеров 5 и 6 пос тупают соответственно на входы управления регистров 9 и 10 сдвига и обеспечивают установку их в нулевое состояние, так как установочный вход регистра 9 сдвига подключен к шине нулевого потенциала, а на установочньй вход регистра 10 сдвига пос тупают нулевые сигналы с выхода сумматора 7. В режиме вычисления показателя экспоненциальной функции входы 18 и 19 эталонныхнапряжений подключают к источникам эгалонньрс напряжений. задающих два уровня эталонного нани,, а на информационпряженияньш вход 1 / устройства подается аналоговый сигнал, изменяющийся по экспоненциальному закону U и,,где Uj, - начальное значение входного напряжения, (jC - показатель экспоненциальной функции, t - время. В исходном состоянии на выходах пороговых элементов 1 и 2 действует сигналылогического нуля. Как только входное напряжение, действующее на информационном входе 17, достигает первого уровня эталонного напряжения и , срабатывает пороговый элемент 1, на выходе которого формируется сигнал логической единицы. Выходной сигнал пор.огового элемента 1 запускает генератор 3 одиночных импульсов, на тактовьш вход которого с первого выхода 31 блока 13 управления поступает последовательность импульсов. Выходной импульс генератора 3 одиночных импульсов устанавливает триггер 5 в единичное состояние, на прямом выходе которого формируется сигнал логической единицы, снимающей блокировку элемента И 14. Последовательность импульсов, формируемая блоком 13 управления на его третьем выходе 33, поступает через элемент И 14 и элемент ИЛИ 8 на первый вход последовательного двоичного сумматора 7, на второй вход которого сдвигается под действием синхронизирующих импульсов пятого выхода блока 13 управления начальный нулевой двоичный код регистра 9 сдвига. За время п тактов, где п - количество разрядов регистра 9 сдвига, на первый вход сумматора 7 поступает один импульс, который увеличит начальньш двоичньш код на единицу, и результат с выхода сумматора 7 записывается в регистры 9 и 10 сдвига под действием синхронизирующих импульсов пятого выхода 35 блока 13 управления. Б последующие такты работы устройства в регистрах 9 и 10 сдвига формируется двоичный код, соответствующий количеству импульсов, поступающих через каждые п тактов с третьего выхода 33 блока 13 управления через элементы И 14 и ШШ 8 на первьш вход сумматора 7. Так будет продолжаться до тех пор, пока не сработает пороговый элемент 2, которьй срабатывает при достижении входного напряжения на входе 17 второго уровня эталонного напря .жения и. В этом случае на выходе порогового элемента 2 формируется сигнал логической единицы, который запускает генератор 4 одиночных им пульсов, на тактовом входе которог действует последовательность импул сов первого выхода 31 блока 13 упр ления. Выходной сигнал генератора одиночных импульсов устанавливает триггер 6 в единичное состояние, при котором сигнал инверсного выхо да триггера 6 подключает информаци ный вход регистра 10 сдвига к его выходу и блокирует элемент И 14, а сигнал прямого выхода триггера 6 снимает блокировку элементов И 15 и.1б. К моменту установки триггере 6 в единичное состояние в регистры 9 и 10 сдвига устанавливается двоич ньй код, значение которого пропорционально интервалу времени .между событиями перехода входного напряжения через первый и второй уровни эталонного напряжения. Двоичный код регистра 10 сдвига циркулирует без изменения с выхода на его информационньш вход, а также поступает через элементы И 15 и ШШ 8 последова тельно во времени, начиная с младшего разряда, на первый вход последовательного двоичного сумматора 7, на второй вход которого под действи синхронизирующих импульсов пятого выхода 35 блока 13 управления сдвигается двоичный код регистра 9 сдви га. За каждые п тактов работы устройства, где п - количество разрядов регистров 9 и 10 сдвига, выполняется один цикл суммирования двоич ных кодов регистров 9 и 10 сдвига. Поскольку выход сумматора 7 соедине с информационным входом регистра 9 сдвига, то в регистре 9 сдвига накапливается двоичньпЧ код, равный произведению количества циклов сумм рования на величину двоичного кода регистра 10 сдвига. В это время десятичньй счетчик 11 выполняет подсчет количества циклов суммирования сумматором 7, так как через каждые п-тактов на его информационном входе действует импульс третьег выхода 33 блока 13 управления, поступающий через элемент И 15, Так будет продолжаться до тех пор, пока двоичный код регистра 9 сдвига не достигнет заданного группой ключей 22 двоичного кода. Двоичньй код регистра 9 сдвигается под действием синхронизируюпщх импульсов пятого выхода блока 13 управления на вход блока 13 управления, где сравнивается с заданньм значением. Если двоичный код в регистре 9 сдвига достиг или превысил заданное значение, то блок 13 управления вырабатывает на втором выходе 32 сигнал, который сбрасывает триггеры 5 и 6 в нулевое состояние, при котором элементы И 14-16 блокируются и вычисление показателя экспоненциальной функции заканчивается. В счетчике 11 фиксируется значение показателя экспоненциальной функции которое индицируется блоком 12 индикации. Блок 13 управления (фиг.2) работает следующим образом. В исходном режиме с помощью второго переключателя режима работы 30 первьй выход 31 подключают к шине логического нуля, и с помощью второго переключателя режима работы 29 подклЕочают выход генератора 20 импульсов к четвертому выходу 34 и к третьему входу элемента ИЛИ 25, через которьй выходные сигналы генератора 20 импульсов поступают на второй выход 32. Генератор 20 импульсов формирует йоследовательность тактовых сигналов частоты f, которая поступает на пятьй выход 35 и на вход п-канального распределителя 2-1 импульсов. На п выходах распределителя 21 импульсов формируется п последовательностей сигналов частоты f/n, сдвинутых один относительно другого на время 1/f. Каждьй выходной сигнал распределителя 21 импульсов совпадает с моментом считывания соответственно разряда двоичного кода с выходов регистров 9. и 10 сдвига. Последовательность импульсов первого выхода распределителя 21 импульсов, поступающая на третий выход 33,совпадает по времени со сдвигом первого (младшего) разряда двоичных кодов в регистрах 9 и 10 сдвига. Последовательность импульсов последнего п-го выода распределителя 21 импульсов, оступающая на вторые входы элеменов И 26,27,. совпадает по времени со сдвигом последнего п-го разряда двоичных кодов в регистрах 9 и 10 сдвига. С помощью группы ключей 22, выполненных,например в виде клавишного переключателя, каждый выход распределителя 21 импульсов может быть под ключен к соответствующему входу элемента ИЛИ 24. Заданное значение двоичного кода устанавливается на группе ключей 22 путем коммутации вьгходов распределителя 21 имПульсов и входов элемента ИЛИ 24 в единичных разрядах задаваемого двоичного кода После установки заданного значения двоичного кода на группе ключей 22 на выходе элемента ИЛИ 24 формируется последовательный п-разрядньй двоичный код, период повторения которого равен п/ или п тактов. В режиме вычисления показателя экспоненциальной функции с помощью второго переключателя 30 режима работы первый выход 31 подключают чере элемент 28 задержки на длительность импульса генератора 20 к последнему п-му выходу распределителя 21 импульса. На выходе ключа 29 действует сигнал логического нуля, который поступает на выход 34 и третий вход элемента ИЛИ 25. Схема 23 сравнивает заданный последовательньй двоичньй код, действующий на выходе элемента ИЛИ 24 с текущим значением двоичного кода, сдвигаемого с выхода регистра 9 сдвига на вход 36 блока 13 управления. В случае равенства или превышения заданного на группе ключей 22 значения двоичного кода на первом .или втором выходах последовательной схемы 23 сравнения формируется сигнал логической единицы, который снимает блокировку элементов И 26 или И 27 соответственно. Импульсный сигнал последнего выхода распределителя 21 импульсов проходит через элемент И 26 или И 27 на выход элемента ШШ 25и далее по шине 32 поступает на R-входы RS-триггеров 5 и 6. После каждого цикла сравнения после довательных п разрядных кодов схема 23 сравнения сбрасывается в исходно состояние импульсным сигналом, поступающим с выхода элемента 28 задер ки. Заданный двоичный код, устанавли

ваемьй группой ключей 22 блока 13 управления, определяется заранее для определенных уровней эталонных

последовательную схему сравнения, четвертьй и пятый элементы И, причем выход генератора импульсов соединен напряжений U и U,, . Соотношение для определения заданного двоичного копя ожно определить следующим образом. Показатель экспоненциальной функии -определяют из соотношений где t и tj - моменты времени срабатывания пороговых элементов 1 и 2 соответственно; К. - величина двоичного кода, накопленного в регистрах 9 и 10 к моменту времени t, п - количество разрядов регистров 9 и 10; f - частота генератора 20 импульсов. Из соотношений (1) и (2) получаем выражение для величины заданного двоичного кода: - (1п -1п и ) «СК п Величина С в двоичном коде определяет заданный двоичный код. При достижении соотношения ЛК S t 1 схема сравнения блока 13 управления останавливает процесс вычисления показателя (t экспоненциальной функции, величина которого фиксируется в счетчике 11. Формула изобретения Устройство для вычисления показателя экспоненциальной функции, содержащее первый и второй пороговые элементы, первый и второй генераторы одиночных импульсов, первый и второй RS-триггеры, сумматор, первый и второй регистры сдвига, первый, второй и третий элементы И, счетчик, блок индикации и блок управления, содержащий генератор импульсов, распределитель импульсов, элемент задержки, два переключателя режима работы. группу ключей, два элемента ИЛИ, с входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с соответ ствующими информационными входами ключей группы, управляющие входы ко рых соединены с входом кода условия окончания работы устройства, выходы ключей группы .через первый элемент ИЛИ соединены с первым информационн входом последовательной схемы сравнения, тактовый вход и вход сброса которой соединены соответственно с выходом генератора импульсов и с вы ходом элемента задержки, п-й выход распределителя импульсов соединен с входом элемента задержки и с первыми входами- четвертого и пятого эл ментов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами ра венства и превышения последовательной схемы сравнения, выходы четвертого и пятого элементов И соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом первого переключателя режима работы, информационньш вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента задержки соединен с информационным входом второго переключателя режима работы, первые входы первого и второ го пороговых элементов: соединены с информационным входом устройства, второй вход первого порогового элемента соединен с входом задания первого эталонного напряжения устройства, вход задания второго эталонного напряжения которого соединен с вторы гюдом второго порогового элемента, выход второго переключателя режима работы блока управления соединен с тактовыми входами первого и второго генераторов одиночных импульсов, входы запуска которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, выходы генераторов одиночных и fflyльcoв соединены с S-входами соответствующих RS-триггеров, R-входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ блока управления, первый выход распределителя импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с инверсным и прямым выходами второго RS-триггера, инверсньш и прямой выходы первого RS-триггера соединены соответственно с входом задания начальных условий первого регит;тра сдвига и тре- . тьим входом первого элемента И, прямой выход второго RS-триггера соединен с первьм входом третьего элемента И, первый вход сумматора соединен с выходом первого регистра сдвига, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, установочный вход первого регистра сдппга соединен с входом логического нуля устройства, выходы первого переключателя режима работы и генератора импульсов блока управления соединены соответственно с установочньм входом счетч пса и входами синхронизации первого и второго регистров сдвига, выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с входами блока индикации, отличающее ся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения надежности, в него введен тре-. тий элемент ИЛИ, выход -которого соединен с вторым входом сумматора, причем выход первого элемента И соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, выход первого регистра сдвига соеди-( нен с вторым информационным входом последовательной схемы сравнения блока управления, инверсный выход . второго RS-триггера соединен с входом задания начальньк условий второго егистра сдвига, установочный вход которого соединен с выходом сумматоа, выход второго регистра сдвига соединен с своим информацион1 ым вхоом и вторым входом третьего элемена И.

1Т

19

Изобретение может быть использовано при исследовании, процессов, которые описываются экспоненциальной функцией. Цель изобретения упрощение устройства и повышение надежности его работы достигается за счет введения третьего элемента ИЛИ и изменения совокупности связей между элементами. Работа устройства осуществляется циклически, причем каждый цикл состоит из п тактов, количество которых соответствует разрядности регистров сдвига. 2 ил.

31 ГЗ

1±