Генератор функций Советский патент 1986 года по МПК G06F1/02 

СП

1 Изобретение относите к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в робототехнических системах для задания траекторий перемещения захватов и рабочих инструментов роботов, в устройствах линеаризации характеристик частотных и число-импульсных датчиков, устройствах квазиобратимого сжатия информа ции и цифрового моделирования быстро протекающих физических процессов,а также в качестве задающих устройств в системах управления различного наз начения , Целью изобретения является сокращение оборудования, На фиг. 1 представлена схема генератора функций, на фиг. 2 - алгоритм работы устройства} на фиг. 3 варианты построения вычислительного блока на микропроцессорах (МП), на фиг. 4 - распределение информации в регистрах общего назначения (РОН) МП и блока памяти (БП); на фиг. 5 варианты построения число-импульсных умножителей и узла формирования номера интервала аппроксимации (УФИА). Генератор функций содержит числоимпульсный умножитель 1, регистры 2 и 3, узел 4 формирования ijOMepa интервала аппроксимации, триггер 5, элемент И 6, число-импульсньй умножитель 7, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 8, регистр 9, вычислительный блок 10, реверсивный счетчик 11 и блок 12 памяти. Вычислительный блок 10 содержит элемент ИЛИ 13, узел 14 управления и обработки, триггеры 15 и 16, посAU;, .и;„. j.Ui, . Ш:) ,3,,..., Ш-IL. Л112112) .. ,

W;i .v; . ллу;„ . iHll) д 3v ..... ilillL.|(pal2)., Начальные значения разностей uU; , ..,...A vопределяются видом кривой и задаются перед воспроизведением функций. 50 Представление коэффициентов uU;:, J uV;- через конечные разности дает возможность последовательно вычислить для каждого следующего (ij + 1)-ro интервала значения &U;j,, 4V;,j, по изве- 55 стным на текущем ij-ом интервале конечиьм разностям, используя следующие итерационные процедуры: 1г тоянное запоминающее устройство 17, входы 18 и 19 синхронизации, шину 20 адреса, щину 21 данных, вход 22 сброса и вход 23 запуска. Число-импульсный умножитель 1(7) содержит регистр 24 и сумматор 25, образующие накапливающий сумматор, регистр 26, элемент ЗИ-ЗИ-ИЛИ 27. Узел 4 формирования номера интервала аппроксимации содержит элемент 2И-2И-Ш1И 28, счетчик 29, схему 30 сравнения и регистр 31. Устройство при генерировании и воспроизведении функций число-импульсного аргумента X реализует аппроксимацию двух уровней: функция на интервалах h;, где i 0,1,...,g, приближается к кривой, которая разбивается на К{ отрезков с равномерным шагом h и описывается кусочнолинейной ломаной Y(X) Y;J H- - (X-X;j), (1) где -, (2) если номер интервала определяется переменной X (управление по входу), 1- , (3) если нрмер интервала определяется по переменной У (управление по выходу) . Кроме того, коэффициенты и U,-; , ДУ;: выражения (1) представляются как полиномы от переменной j и записываются через начальные значения конечных разностей в виде AU;J4, uU;. +u2U;. ,, &2Ui + йЗЦ.. U;,, U;- uVij,,- AV;j + Д2У;2у лзу If Ч) . М v V tj-t-l J Oj Приведенные выражения (1), (4) и и параллельная организация их вы31числений с использованием число-импульсных и цифровых вычислительных средств положены в основу работы уст ройства. На каждом ij-м интервале генерируемой зависимости параллельно во времени функционируют три его операционные части: число-импульсный интерполятор (содержащий умножители 1 и 7 триггер 5, элемент И 6, счетчик 11, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 8, осуществляющий воспроизведение линейного отрезка функции по вьфажению (1) и коэффициентам iU- , uV,-j , которые хранятся во входных регистрах умножителей 1 и 7 в течение времени Tj (Xjj, - Xj)/F, (1/Fy - период следования импульсов аргумента X), блок 10,реализующий за время Tj вычисление коэффидиентовли;:, , uV;.) , необходимых для работы число-импульс ного интерполятора на следующем (ij+1)-M участке; узел 4 формирования номера интервала аппроксимации, формирующая импульс j запуска блока 10. Регистры 9, 2 и 3 предназначены для промежуточного хранения коэффициентов и позволяют в конце ij-ro интервала одновременно переписать по импульсу j + j коэффициенты ди;., , iV;j, , hjj,., в число- импульсные умножители 1 и 7 и узел 4 формирования номера интервала аппроксимации соответственно, обеспечивая их непрерывную работу. В блоке 12 памяти хранят ся начальные значения коэффициентов Ь;„ , К, (., U„...,, , uV;o , u.V;, У;„ , Y; (для всех i 0,1,2,...,g). Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии по внешним адресам, задаваемьм по адресной шине А и управляющему сигналу Зап осуществляется загрузка коэффициентов (6) в блок 12 памяти через информационную шину D. Один из возможных вариантов распределения памяти .под конкретный алгоритм (фиг. 2) генерирования функций для п, 4,П2 5 показан на фиг. 4&. Далее по внешнему импульсу R через элемент ИЛИ 13 осуществляется сброс блока 10 и установка его триггеров 15 и 16 в единицу. После установки триггеров блок 10 начинает свою работу и по алгоритму 11.4 (фиг. 2) выполняет сначала макрокоманду Загрузка регистров, по которой осуществляется запись начальных коэффициентов из блока 12 па-, мяти через регистры 9, 2 и 3 во входные регистры число-импульсного интерполятора. При этом значения uUoQ ,bVpg записываются во входные регистры первого и второго числоимпульсных умножителей 1 и 7, h,- во входной регистр узла 4 формирования номера интервала аппроксимации j, Уд- в реверсивный счетчик 11, а также производится запись коэффициентов iUo, й2и„,,...,АУоо, К оо в РОН узла 14 или его буферную память. Распределение РОН показано на фиг. 4а, где АС - аккумулятор, Т - счетчик адресов. При формировании сигналов занесения кодов в регистры 9, 2 и 3 и реверсивный счетчик 11 и выбора режима работы блока 12 памяти использованы разряды Q1 - Q5 ПЗУ 17 соответственно. После выполнения данной макроко- манды генератор готов к воспроизведению функции, которое осуществляется путем подачи число-импульсного кода X или опорной частоты F const на его вход. Независимо от наличия сигналов X или Fj( блок 10 продолжает свою работу и по условию Р1, определяемому триггером 16, и условию РЗ- (если генерирование происходит не на последнем участке i-ro интервала К; т 0) выполняет макрокоманду Вычислениекоэффициентов. При этом по исходным данным, находящимся в его РОН или буферной памяти, осуществляется вычисление коэффициентов ли, , uV, в соответствии с выражениями (4), (5) и уменьшение значения Kg на единицу. Затем коэффициенты йЦ,,, дУ, записываются в регистры 9 и 2 по управляющим сигналам Q1, Q2. После этого вычислительный блок 10 сбрасывает режим Подготовка, устанавливая триггеры 15 и 16 в О, и прекращает свою работу, ожидая импульса запуска j. Нулевое состояниетриггера 16 задает адресное пространство ПЗУ 17, обеспечивающее анализ условий Р2, РЗ с приходом импульса j. Импульс j формируется узлом 4 в тот момент, когда значение число-импульсной переменной или uy y-yij равно h;:. Схема построен а на

основе управляемого делителя частоты (УДЧ), импульс на выходе которого (фиг. 55) появляется со схемы 30 сравнения в момент, когда значение кода в счетчике 29 равно коду регистра 31. По выходу схемы сравнения счетчик 29 сбрасывается в О и он снова начинает заполняться импульсами X до значения кода регистра. Таким образом, узлом 4 реализуется зависимость (2) или (3) при поступлении число-импульсной переменной X или У, Выбор переменной зависит от значения управляющего сигнала знакового разряда регистра 31, куда заносится код h;j (фиг. 5S).

По импульсу j (в данном случае первому) коды коэффициентов uUg|,AV(,,, hjj переписываются во входные регистры блоков 1, 7 и 4. Генерирование функции продолжается с новым наклоном, определяемым коэффициентами iUj|,uVm. Триггер 15 устанавливается в 1, блок 10 запускается и осуществляет проверку условий Р2, РЗ. Если генерирование производится не на последнем участке интервала i, то блок 10 переходит к выполнению макрокоманды Вычисление коэффициентов и вычисляет значения fiUjj, ,WiJ4., , запоминая их в регистрах 9 и 2 соответственно. Если воспрризводится последний отрезок i-ro интервала функции (К; 0), то блок 10 реализует макрокоманду Загрузка регистров. При этом в его РОН или буферное ЗУ переписываются из блока 12 памяти новые значения коэффициентов, необходимые для генерирования функции на (i+1)-oM участке. После выполнения макрокоманд блок 10 выходит в режим ожидания импульса j и далее его работа повторяется до X ,. Данное условие выполняется в случае обновления счетчиков Т блока 10. В зтом случае формируется сигнал Q6. Генерирование функции также может быть завершено путем прекращения подачи частоты F,, на вход устройства

Число-импульсная операционная часТь устройства работает следующим образом.

Пусть в качестве число-импульсных умножителей 1 и 7 используется схема умножения частоты F или числа импульсов на дополнительный двоичный код W, состоящая из накапливающего

сумматора и логического элемента ЗИ-ЗИ-ИЛИ 27. Работа схемы основана на формировании выходных импульсов

в моменты переполнения т-разрядного сумматора. При умножении числа импульсов Z на положительное значение переменной W (знаковый разряд 6ignW 0) количество выходных импульсов

N(+) (появление каждого из них определяется потенциалом переполнения сумматора 25) схемы определяется соотнощением

N(+) Eni+ (--S)- (7)

При отрицательном значении (signW 1) переменной W двоичный код W( имеет величину W. Это предопределяет результат операции умножения в виде

N(, Ent(Z - ). (8)

Выражение (7) показывает, что в этом случае из количества импульсов Z, поступивших на вход схемы, должны быть исключены те, которые совпадают с моментами переполнения

сумматора.

Формализованное описание рассмотренной операции с использованием соотношений непрерывной логики имеет вид

N Z-P-SignW V Z-P-signW .

Данное выражение реализуется элементом 27.

В предлагаемом устройстве на каждом интервале аппроксимации количество поступивших импульсов X X-Xj; переменной X равно количеству импульсов N 1, сформированных на выходе первого .число-импульсного умножителя 1. Это обусловлено тем, что каждым импульсом ЛХ триггер 5 по счетному входу сначала устанавливается в О, а затем переводится в состояние 1 импульсом с выхода первого число-импульсного умножителя 1. Данньш импульс появляется благодаря поступлению на вход блока 1 Z, импульсов частоты Fg через элемент И 6 при нулевом состоянии триггера.5.

Таким образом, учитывая, что йХ N1, а работа число-импульсного умножителя 1 описывается соотношением(7) uUo X - X.-, откуда получают соотношение . 2, (х-х,.. ), определяющее количество импульсов, поступающих на импульсный вход второго число-импульсного умножителя 7. С выхода второго число-импульсного умножителя 7, реализующего так .соотношение (7) формируется числоимпульсный код UY 1 2 поступающий в реверсивный счетчик 1 где окончательно Y(X) Y;J+ -Щ (X-X;j), где Yj. - значение кода в реверсивно счетчике 11 в начале ij-ro интервала; У(Х) - выходной код блока 12, как функция аргумента X. Знак реверсивного счетчика 11 ил приращения ОУ определяется по выход ному потенциалу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, которая осуществляет сумми рование по модулю два двух знаковых разрядов регистров 2 и 9 (плюс - О, минус - 1). В случае, если на вход генератор подается постоянная частота Fj(cons то оно осуществляет воспроизведение функции У(+) , если подается числоимпульсный код X, то устройство явл ется число-импульсным функциональны преобразователем. Результат У(Х) может быть получен как в число-импульсной Ур(X) (с выкода второго число-импульсного умножителя 7), та и в цифровой (с потенциальных выходов реверсивного счетчика 11) форма Формула изобретени Генератор функций, содержащий вычислительньш блок, два число-импульсных умножителя, три регистра, узел формирования номера интервала аппроксимации, триггер, элемент И, реверсивный счетчик и блок памяти, причем вход аргумента генератора под ключен к входу синхронизации тригге ра, установочный вход которого объе динен с входом аргумента узла форми 11.. ронания номера интервала аппроксимации и подключен к выходу первого число-импульсного умножителя, информационный вход которого объединен с информационным входом второго число-импульсного умножителя и подключен к выходу элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу триггера, второй вход элемента И подключен к входу опорной частоты генератора, установочные входы первого и второго число-импульсных умножителей и вход запуска вычислительного блока подключены к выходу узла формирования номера интервала аппроксимации, вход коэффициента умножения первого число-импульсного умножителя подключен к выходу первого регистра, выход второго регистра подключен к входу коэффициента умножения второго число-импульсного умножителя, выход третьего регистра подключен к информационному входу узла формирования номера интервала аппрокси мации, вход синхронизации вычислительного блока является синхровходом генератора, информационные входы первого, второго и третьего регистров реверсивного счетчика, вычислительного блока и блока памяти подключены к входу данных начальной установки генератора, адресные входы вычислительного блока и блока памяти подключены к входу адреса начальной установки генератора, вход сброса вычислительного блока является входом начальной установки генератора, цифровой выход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к входу функции узла формирования номера .интервала аппроксимации и является число-импульсньм выходом генератора, вход разрешения записи которого подключен к входу записи блока памяти, вход выбора режима которого и установочные входы первого, второго, третьего регистров, установочный вход реверсивного счетчика подключены к соответствующим разрядам поля управления выводом данных вычислительного блока, отличающи йс я тем, что, с целью сокращения оборудования, в него введен элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем выход старшего знакового разряда первого регистра подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ПТИ, второй вхог.

91275411

которого подключен к выходу старше- лением счета реверсивного счетчика, го знакового разряда второго регист- счетный вход которого подключен к ра, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ выходу второго число-импульсного умподключен к входу управления направ- ножителя.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, позволяет осуществить функциональное преобразование число-импульсных сигналов или генерирование цифровых функций времени. Цель изобретения - сокращение оборудования. Генератор содержит вычислительный блок, два число-импульсных умножитегля, триггер, элементы И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, число-импульсный алгебраический сумматор, блок памяти, три регистра, реверсивный счетчик, узел формирования номера интервала аппроксимации позволяющие реализовать аппроксимацию двух уровней: кусочно-полиномиальную, кусочно-линейную (квазис б полиномиальную) . 5 ил.

Фиг.1

Распределение РОН

7 -упрабление быбодом данншх ИПЭ

Распреде/ ение 6П

Фиг4

СЧ 29 I д .0

СХ.СР.30

. . t

S РГ5/1 I

:iJ

Lj Фиг.5