Устройство для возведения в степень Советский патент 1987 года по МПК G06F7/552 

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может использоваться в качестве функционального преобразователя частоты следования импульсов в код.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет одновременной реализаци преобразований вида у и z

Цх

(П/ГЧ

На фиг.1 показана функциональная схема устройствам на фиг.2 - функциональная схема блока управления.

Устройство содержит суммирующий счетчик 1, реверсивный счетчик 2, группы элементов И 3 и 4, злементы ИЛИ 5 и 6, блоки 7 и 8 сложения и вычитания частот, делители 9 и 10 частоты, элемент 2-2И-ИЛИ 11, элемент И 12, блок 13 управления, формирователь 14 импульсов, генератор 15 образцовой частоты.

Блок 13 управления содержит триггеры 16 и 17, элемент 18 запрета, элементы И 19-21, элементы НЕ 22 и 23, элементы 24 и 25 задержки, формирователи 26-28 импульсов (дифференцирующие цепочки).

Блоки 7 и 8 сложения и вычитания частот выполнены аналогично, известному устройству.

Суммирующий счетчик 1 и реверсивный счетчик 2 выполнены двоичными, п-разрядными с коэффициентом пересче та N 2.

Устройство работает следующим об

разом. I

Пусть, например, реверсивный счетчик 2 работает в режиме суммирования.

Перед началом преобразования на всех выходах блока 13 имеются низкие потенциалы. Формирователь 14, на вход которого поступает преобразуемая частота f j, формирует импульсы длитель- ностью Т l/f передние фронты которых поступают на первый вход блока 13, вследствие чего на третьем выходе блока 13 появляется импульс, который устанавливает счетчик 1 в исходное нулевое состояние. Одьовременно на втором выходе блока 13 появляется высокий потенциал, который разрешает

прохождение импульсов частоты f д, через элемент 2-2И-ИЛИ 11 на вход счет- чика 1. В некоторый момент времени t, в счетчике 1 формируется число N,,,) « 2 , и с выхода Р-го разряда счетчика 1 поступает импульс на второй

5

40

j

вход блока 13, вследствие чего на его втором выходе устанавливается низкий потенциал, а на первом - высокий. Поэтому доступ импульсов частоты fg на вход счетчика 1 прекращается и разрешается поступление импульсов с выхода блока 8. В этот же момент времени t, высокий потенциал с первого выхода блока 13 открывает элемент o И 12 и импульсы с выхода блока 7 начинают поступать на вход счетчика 2. В момент времени t на четвертом выходе блока 13 также появляется импульс, который устанавливает начальные значения N, и N в счетчиках 1 и 2 соответственно. Импульсы с выходов счетчика 2 через элементы ИЗ, управляемые кодом числа N,, записанного в счетчике 1, элемент ИЛИ и делитель 9 поступают на вычитающий вход блока 7. Импульсы с выходов разрядов счетчика 1 через элементы И 4, управляемые кодом -числа Nj, записанного в счетчике 2, элемент ИЛИ 6 и делитель 10 поступают на вычитающий в ход блока 8.

Процесс преобразования заканчивается в момент времени t Т прихода заднего фронта импульса на выход формирователя 14, который устанавливает на первом выходе блока 13 низкий потенциал и тем самым прекращает поступление импульсов на входы счетчиков 1 и 2. В этот момент времени в счет- . чиках 1 и 2 формируются результаты 35 преобразования чисел импульсов N,,n N соответственно.

С момента времени t в счетчиках

0

5

0

1 и 2 формируются коды чисел N и Ng соответственно ,

N, N

где сов

f

Nj и

01

NO.

,

J

f.. dt,

f,7 dt.

(1)

средние частоты импульна выходах элементов 2-2И-Ш1И 11

j

50

и 12 соответственно, которые описываются уравнениями

.„ f, f,.

(2)

(7

7

де f.

-(« и

f. fa fo + f.

f f.oto 8 средние частоты импульсов на выходах блоков 7 и 8 соответственно; частота на выходе генератора 15;

усредненные выходные частоты делителей 9 и

312821

10 частоты с коэффт1И- ентами деления b и q соответственно

f, fc/b;

(3)

,0 fe/a.

fj и f, - средние частоты на выходах элементов ИЛИ 5 и 6 соответственно.

Счетчик 1,с группой элементов И 4 и элементом ИЛИ 6 представляет собой двоичный умножитель частоты f,, fg на код числа Ко счетчика 2. Поэтому

среднее значение частоты fg на выходе элемента ИЛИ 6, являющегося выходом двоичного умножителя, определяется выражением

f.

-fsN, N

(4) 20

где N - коэффициент пересчета используемых счетчиков.

Счетчик 2 с группой элементов И 3 и элементом ИЛИ 5 представляет собой двоичный умножитель частоты f,2 f на код числа N, счетчика 1.

Поэтому среднее значение частоты ft на выходе элемента ИЛИ 5, являющегося выходом двоичного умножителя, определяется выражением

f.

I.NX

N

m

Продифференцируем Получим

dN. dt

(6)

(7)

dNz

40

систему уравнения (2). ;

f, fo ;

f n

(8) 45 .

-10

в уравнения (8) подставим уравнения (3)

f,;

(9)

.Ч1 fo. Учитывая уравнения (4) и (5) имеем

f . 0

(10)

21

19

Так

4

fo

fO

как f,, fg , подставляя в уравнени (6) и (7), имеем

Разделим уравнение ние (12)

NI

dN/

а b

(13)

Разделив переменные,

- J NI dNi

N,

N,

Проинтегрируем уравнени

NI N, a r dNa dN,.

b J N J N,

02

Мг/

d - т 1 N «

т- 1п N /N(,.j In ---.

иin о,

Определим число N,

N, N

0(

()

04

Продифференцируем уравнение

0

dN (N2).

h NN

D И р J IN 02

dN,

(16)

5

ч h N N 2 D ог 02

Подставим уравнение (16) в уравнение (12)

Г о г . (17) Проинтегрируем уравнение (17)

г N, /N, ()

a+b

01

01

N

02

ог

fo «N,t

0

Определим число Nj.

а.

i T, t,

0- - l „(а b) к

X N(t - t,);

5 .

(Nl.) NO,

, (a+b)rUN, - N« ) ...„

o

0

где NX fot foT,; N,, fflt,- количества импульсов, которые поступают на вход устройства в моменты времени Т)( и t, соответственно.

1 +

( b)N«Nx

NorN;

I оГГь

(19)

5

N, N l

(a + b),« 1

N;,N:; j

ЕСЛИ выполняв

i§ i bLNjsNx, T e N -Nii-No.Qo) NO, NO, . (a+b)

TO уравнение (19) приобретает вид

ЕСЛИ выполняется условие

N,

N (--i-)

° NX,

Jb atb

Подставив уравнение (21) в нение (15), получим

отсюда

Если реверсивный счетчик 2 работает в режиме вычитания, то число N, соответствующее его коду, определяется уравнением

N.

i T, N - f

t,

Поэтому уравнение случае принимает вид

12

(7)

dt,

(23)

в данном

dNi « Соответственно уравнение нимает вид

-

dNi N.

. dt rbN m Введем обозначение

Тогда система уравнений (11) и (12) принимает вид

Устройство для возведения в сте- 30 пень, содержащее генератор образцовой (уе:) частоты, суммирующий И ревврсивный

счетчики, первую и вторую группы элементов И, первьш и второй элементы (27) ЮШ, первый и вторбй делители частоСистема уравнений (11) и (Г.2) име- 35 ™. блок сложения и вычитания ет решение ввда (21) и (22). Очевид- формирователь импульсов и; но, что решение системы уравнений ° управления, первый вход которого (26) и (27) можно получить из уравнений (21) и (22) путем замены параметра b на параметр s -Ь.

40

подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с . входом устройства, второй вход блока управления соединен с прямым выходом разряда суммирующего счетчика (р йп, п - разрядность суммирующего счетчика), инверсные выходы разрядов

Произведя эту замену имеем

(NjL). N,,

Q

N N

01

N N (.)- «1 NOI N

(29)

Пусть коэффициент деления первого делителя равен Ь /а - с /

Если 1), тоЬ а-с;

если 2), тоЬ с-а. В первом случае уравнения (28) и (29) имеют вид

.

м g.- м / NX о

NO, (-N;-

(

-Nl) N.

a I

Xt

;(зо)

м - N ()° «t - «оЛ N,,

1282119

Bo втором случае уравнения (21) (22) имеют вид

N.

,, с -а

N () ,/

С

/ NX чС () .

)Ч

о. if

;(32)

(33)

При использовании устройства для преобразования высоких частот следо- вания входных импульсов частота f с вьрсода формирователя 14 подается на суммирующий вход блока 8 сложения- вычитания, а частота f с выхода генератора 15 - на первый вход бло- ка 13. В

этом случае количества входных импульсов Ny, и Nj определяются не по формуле (18), а согласно выражению

0

N

XI

f.t, ; N,

fx4

f т

-х

(34)

Уравнения (ЗО)-(ЗЗ) показывают, что устройство позволяет одновременно

вычислять функции вида у k, х / i-n/m ,,

для любого соотношения

и Z

kjX5 значений параметров п и га.

Формула изобретения

35 ™. блок сложения и вычитания формирователь импульсов и; ° управления, первый вход которого 40

подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с . входом устройства, второй вход блока управления соединен с прямым выходом разряда суммирующего счетчика (р йп, п - разрядность суммирующего счетчика), инверсные выходы разрядов

45 суммирующего счетчика соединены с первыми входами соответствующих элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с инверсными выходами соответствующих разрядов ревер50 сйвного счетчика, а выходы соединены с входами первого элемента ИЛИ, инверсные выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с первыми входами соответствующих элементов И второй

55 группы, вторые входы которых соединены с прямыми выходами соответствующих разрядов суммирзтощего счетчика, а выходы подключены к входам второго элемента ИЛИ, выходы первого и второ112

го элементов ИЛИ соединены с входами соответственно первого и второго делителей частоты, выход первого делителя частоты подключен к вычитающему входу первого блока сложения и вычи- тания частот, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременной реализации преобразований вида у kjx Z , устройство содержит элемент И, элемент 2-2И-ШШ и второй блок сложения и вычитания частот, суммирующий вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты и суммирующим входом первого блока сложения и вычитания частот, вычитающий вход второго блока сложения и вычитания частот соединен с выходом второго делителя частоты, а выход - с первым входом первой группы элемента-2-2И-ИЛИ, первьй. вход второй группы которого соединен С выходом генератора образцовой частоты, второй вход первой группы элемента 2-2И-Ш1И соединен с первым выходом блока управления и первым входом элемента И, второй вход второй группы элемента 2-2И-ИЛИ соединен с вторым выходом блока управления, третий ВЬ1- ход которого подключен к входу обну- Ленин суммирующего счетчика, а чет- вертьй - к установочному входу суммирующего и реверсивного счетчиков, выход первого блока сложения и вычитания частот соединен с вторым вхо- дом элемента И, выход Которого соединен с информационным входом реверсивного счетчика, информационный вход

19

суммирующего счетчика соединен с выходом элемента 2-2И-ИЛИ, при этом блок управления содержит два триггера, два элемента задержки, три элемента И, два элемента НЕ, элемент запрета и три формирователя импульсов, причем первый вход блока управления через первый элемент задержки соединен с первым информационным входом элемента запрета и R-входом первого триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом элемента запрета и первыми входами первого и второго элементов И, первый вход-,блока управления через первый формирователь импульсов соединен с входами первого элемента НЕ и второго элемента задержки, второй вход блока управления через второй формирователь импульсов и второй элемент НЕ соединен с S-входом первого триггера, выход первого элемента НЕ соединен с S-входом второго триггера, прямой выход которого соединен с вторым информационным входом элемента з апрета, вторым входом первого элемента И и первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, прямой выход первого триггера через третий формирователь импульсов соединен с вторым входом второго элемента И, выходы первого элемента И, элемента запрета, третьего и четвертого элеентов И соединены соответственно с первьм, вторым, третьим и четвертым выход 1ми блока управления.

/л

«

Н

Z6

Г8

Редактор О.Бугир заказ 7267/А7

Техред Л,Сердюкова Корректор С.Шекмар

Тираж 670Подписное

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, А

фиг. 2

Изобретение отнЬсится к цифровой измерительной и вычислительной технике. Цель изобретения - повьшение функциональных возможностей устройства за счет одновременной реализации преобразований вида у k х и z п I .,« Устройство содержит генератор 15 образцовой частоты, первый блок 7 сложения.и вычитания частот, блок управления 13, счетчики 1, 2, группы 3, 4 элементов И, элементы ИЛИ 5, 6, делители частоты, формирователь импульсов. Новым в устройстве является введение элемента И 12, элемента 2-2И-ШШ 11 и второго блока 8 сложения и вычитания частот. 2 ил. & (Л ю эо фаг.1