Цифровой генератор функций Советский патент 1988 года по МПК G06F1/02 

(21)4174542/2А-24

(22)04о01.87

(46) 30.07,88. Бкш. № 28

(71)Ленинградский электротехнический институт им. ВоИ, Ульянова (Ленина)

(72)ЮоВ. Абакулин, Л.И„ Евсеева, С.Б. Калинина и Е.И. Погодина

(53)681.3(088.8)

(56)Смолов В,Б. Функциональные преобразователи информации. Л,: Энерго- издат, 1981, с. 61, рис. 3.

Авторское свидетельство СССР № 1108426, кл. G 06 F 1/02, 1984.

(54)ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ

(57)Изобретение относится к автома- .тике и вычислительной технике и предназначено для воспроизведения сложных функций времени и их производных в системах программного движения роботов-манипуляторов, металлообрабаты- ванлдих станков и др. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет формирования производных функции, Цифровой генератор функций содержит генератор импульсов 1. делитель частоты 2, счетчики 3,4, блок памяти 5, элементы И 6,7, цифроаналоговьй преобразователь 8, аналоговый выход функции 9, распределитель 11мпульсов 10, счетчик 11, накапливающий сумматор 12, элементы И 13, 14, регистры 15-18, сдвигатель 19, арифметический узел 20, регистр 21 , -арифметический узел 22, регистр 23, арифметический узел 24, регистр 25, кo { fЛ тa- торы 26,27, дополнительные выходы 28-31 о Введение распределителя импульсов, третьего счетчргка; накапливающего сумматора, сдвигателя, TpeTpje- го и четвертого элементов трех арифметических узлов,, семи регистров и двух коммутаторов позволяет одновременно с функцией генерировать три ее производные 1 ил.

i/i

Изобретение относится к автоматике и вычислп.тельной технике н пред-- назначено для воспроизведения сложных функций времени и их производных. в системах программного дв1-гаеиия роботов-манипуляторов , металлообрабатъ; вающнх станков и дрс

П.ель изобретения - расширение функциональных возможностей генерато ра за счет формирования производных функциис

На чертеже представлена функциональная схема генератора.

Схема содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты,, счетчик 3 интервала аппроксимации,, счетчик 4 номера интервала аппроксимацииj блок 5 памяти, элементы И 6 и 7, цифроана логовъй преобразователь 8, аналого- Bbttl выход 9 функции, распределитель 10 импульсов, счетчик 11 аргумента, накапливающий cyNmaTop 12,, элементы И 13 - 14, регистры 15-18 третьей, второй, первой производительных функции и функции соответствен.но J сдвигатель 19, первый арифметический узел 20s первый регистр 21 промежуточных результатов, второй арифметический узел 22, второй регистр 23 промежуточных результатов, третий арифметический узел 24, третий регистр 25 промежуточных результатов, комм таторы 26 и 27, дополнительные выхода 28-31.

Генератор работает следующим образом

Для представления фут-жцин и ее производных используется сплайн третьего порядка

-t-Bt - t-Ct+D, г

X At

х 7 3At +2Bt..

х 6At+2B, х 6А

Аргумент t с дискретностью делителя частоты 2 вырабатывается счетчи-- ком 11„ Длительность Т интервала действия сплайна и заранее рассчитанные коэффициенты А, В, С, D предварительно записываются в блок 5 памяти. Значение генерируемой функции в производных получается на каждом шаге (такте) аргумента t на выходах конвейерного процессора за три такта уг равления по схеме Горнера: x((At-:- +B)t+C)t+D, Конвейерный процессор состоит из ари.фметических узлов 20, 22, 24 и регистров 21,23,25 промехг точ.ных результатов, секц1-;к

конвеиерн 1го rLpoueccopa реал:-;:зует функцию

Выходной код счетчика 4 за/дает помер шага програм: 1ы и одновременно .является адресом дая .a 5 памяти. Код ДЛИТЕЛЬНОСТИ Т записывается в счетчик 3,, работающий на зьпштание

тактовых импульсов

делителя 2 час

5

5

0

5

0

тотЫа По списывании кода счетчкк 3 выдает сигнал переполнения который на счетчике 4 ус Гс.навл1 шает следующий 1-5омер шага ггрС Грам -1ы, Сбрас-ьшает счетчик 11 и загр 5( жает счетчик 3 новым кодом длительности аппроксимирующего участкаJ счипътвает новые коды козффи11,иентов сплайна А- В, С D,,

Кода коэффициентов сплайна участка присутств ют на выходах блока 5 пам.яти в течение заданного кодом длительности интервала. Текущее время интервала., с.ггужаще-го аргл ментом функции, вычисляется счетчиком II под действием тактовых импульсов делителя 2 часто тъ, прит-ieM при смене интервалов длительностей счетчик 11 обнуляется с выхода счетчика 3, Один такт счетчика 11 соответствует четырем тактам генератора 1 икпульсов, что организуется с помощью делителя 2 частоты и распределителя 10 инпз льсов... Четыре сдвинутых импульса, снимае1чых с четырех выходов распредетги- теля игмпульсоБ , являются управлягади {и id синхронизируют процесс вычисления сплайна и его производных на каэадом такте постоянства аргумента в счетчике 1 1

В течение такта постоянства мента в конвейерный процессор загружаются последовательно три выч- /. тельных процесса закакч явак -- одновременно после третьего :, правля1о- щего импл льсЯо Четвертом управляющшч Ш Шульсом через элемент И 13 результа-- вычисле гия генери уемой функции и ее производ.1а.1Х гереписьпзаются в ре гнстры и Е цифроаналогсвый преобразователь 8.

Для обесле--хения коьшейерного процесса. необхо.) в темпе с процессом подготовить необходимые коэффициенты (фигурирующие в приведенных формулах) по исходным коэффициентам, присутствующим на выходах блока 5 памяти, комментировать их посрех стиом коммута- торов 26 и 27 на .вхс дах. лрифметического узла 20, Код коэффициента А поступает с выхода блока 5 памяти на вход коммутатора 27 и накапливающего cy мaтopa 12;, в котором принимается со сдвигом по первому управляющему импульсу и превращается в 2А.

По второму управляющему импульсу с выхода элемента И 6 в сумматоре 12 суммируются коды А и 2А, а на его выходе вырабатывается код ЗА, По третьему управляющему импульсу с выхода элемента И 7 осуществляется сдвиг кода в сумматоре 12 и на его выходе формируется 6А,

Код коэффициента В поступает на коммутатор 26 непосредственно с выхода блока 5 памяти и через сдвигатель 19 со сдвигом в виде кода 2В. Коды чисел С и D поступают непосредственно на входы арифметических узлов 22 и 24, В конвейерном процессоре на арифметический узел 20 первым управляю- щим импульсом через коммутаторы 27 и 26 подаются соответственно коды А и В, и на регистре 21 под действием импульса от элемента И 13 защелкивается сумма At+B Эта сумма во вто- ром управляющем такте поступает на вход арифметического узла 22, где с участием коэффициента С и аргумента t вычисляется сумма (At+B)t+C, защелкиваемая в регистре 23„ Аналогично во время действия третьего управляющего импульса на выходе арифметического узла 24 и регистре 25 получается значение генерируемой функции ((At+B)t-i- +C)t+Do

По мере продвижения основного результата и освоботкдения арифметических узлов загружаются следующие вычислительные процессы. Второй управляющий импульс через коммутаторы 27 и 26 подает на арифметический узел 20 коды ЗА и 2В5 и на регистре 21 в том же такте фиксрфуется результат 3At+2B

В следующем третьем такте во втором арифметическом узле формируется сумма (3At+2B)t+C,равная первой производной. В третьем управляющем такте на первом арифметическом узле 20 и в регистре 21 будет зафиксирована вторая производная, В этом же такте третья производная, равная 6А, формируется в сумматоре 12, В четвертом управляющем такте продвижение информации по конвейеру приостанавливается посрздством запирания элемента

И 13, а через элемент И ч ;к;лл : ус Т- ся переписывание результлтоп i р лп;г г ры 15-18 и цифроаналоговый преобразователь 8„

Формула из

б р

с п п

О

5

0

5

0

5

0

5

0

5

цифровой ге}-:ератор функцлй г-о.тсг)- жа1Ц1ш генератср гз-тульсоп, делитель частоты, счетч ик интервала аппрокс -:-- мации, счетчик номера интервала аппроксимации, блок памяти, первьй и второй элементы И, причем выход reiie- ратора импульсов подключен к входу делителя частоты выход делителя частоты подключен к счетном входу чика интервала аппроксимации, выход переполнения которого подключен к счетному входу счетчика номере интервала аппроксимации, выход счет п-жа номера интервала aппpoкcII iaцj и подключен к адресному входу блока памя-- ти, о т л и ч а ю щ и и с я тем что, с целью расширения функц110 1аль- ных возможностей генератора за счет формирования производных фл нкци ;, он содержит распределитель импульсов,. счетчик аргумента, сдвигатель, накапливающий сумматор, третий и чет- вертьй элементы И, три арифметических узла, три регистра промежтточр& х

результатов, регистр функции, регист

ры первой, второй и третьей произ-- водных фу1жции., два кol ori i ; тop , при-- чем выход делителя частоты подключен к счетному входу счетчьгкл арг.т- етгта, выход переполнения счетчш-са 11нтерня--- ла аппроксимации подк.лючен к управляющему входу занесения мн- тервала аппроксимацки и к входу установки в О счетч1-а а аргумента,; БЫ-- ход интервала аппроксимации блока памяти подключен к информацио1шог- у входу занесения счетчика иигерВс-гла аппроксимации, выход первого коэфф; - циента блока naj-шти подключен к информационному входу накаплиБаю1;лего сумматора и к первомх- ь-гнформациомпому входа- первого коммутатора, выход i-;a- кагьливающего сумматора подключен к второму информационном входу первого комг.утатора и к информационному вхо-- д,у регистра третьей производной функции, выход второго коэффициента блока памяти подключен к первому информационном входу второго тора и через сдвигатель - к второгг- информационному входу второго кoм Гv татора, выходы первого и второго коммутаторов подключены соответственно к первому множительному входу и к суммирующему входу первого арифметического узла, выходы первого, второго и.третьего арифметических узлов подключены к информационным входам первого, второго и третьего регистров промежуточных результатов соответственно, суммирующие входы второго и третьего арифметических узлов подключены к выходам третьего и четвертого коэффициентов блока памяти соответственно, первый множительнь й вход второго арифметического узла и информационный вход регистра второ производной функции подключены к выходу первого регистра промежуточных результатов, первый множительный вход третьего арифметического узла и информационный вход регистра первой производной функции подключены к выходу второго регистра промежуточных результатов, вторые множительные входы первого, второго и третьего арифметических узлов подключены к выходу счетчика аргумента, информацион ньм вход регистра функции подключен

к выходу третьего регистра промежуточ-ддчетвертого элемента И подключен к

ных результатов, выходы регистровуправляющим входам занесения первого,

функции,первой, второй и третьей про-второго и третьего регистров промеизводных функции являются выходамижуточных результатов.

13613

цифрового генератора функций, выход генератора импульсов подключен к первым входам первого, второго и третьеJ- го элементов И, к прямому входу четвертого элемента Инк входу распределителя импульсов, первый5 второй, и третий выходы распределителя импульсов подключены к управляклдим вхо10 дам первого и второго коммутаторов, первый выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу сдвига входного операнда накапливающего сумматора и к второму входу пер-)15 вого элемента И, второй выход распределителя импульсов подключен к вто-

входу второго элемента И, чет- вер1ъш выход распределителя импульсов подключен к второму входу третьего элемента И и к инверсному входу четвертого элемента И, выходы первого и второго элементов И подключены со- ответственго к управляющему входу суммирования и управляющему входу сдвига результата накапливакяцего сумматора, выход третьего элемента И подключен к управлянщим входам занесения регистров функции, первой, второй и третьей производных функции, выход