Цифровой линейный интерполятор Советский патент 1991 года по МПК G05B19/18 

(Л

С

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройстве отображения графической информации, графопостроителях, устройствах числоаого программного управления оборудованием.

Целью изобретения является повышение надежности за счет контроля работы интерполятора за цикл его работы.

На фиг. 1 изображена блок-схема пр д- лагаемого устройства; на фиг 2 - функциональная схема выполнения блока контроля; на фиг. 3 - временная диаграмма работы блока контроля; на фиг. 4 - пример аппроксимации отрезка прямой; на фиг. 5 - пример реализации блока управления.

В изложении вредены следующие сокращения: М - большее приращение исходного отрезка прямой; N - меньшее приращение исходного отрезка прямой; F - оценочная функция.

. Интерполятор содержит генератор 1 чмпульсов. счетчик 2, Блок 3 питания, регистр 4, блок 5 управления, накапливающий сумматор 6, блок 7 выходной логики, вход 8 записи, входы 9-14 блока управления, выход 15 блока управления, выход 16 накамли- в ющего сумматора б, входь 7 и 3 накапливающего сумма ира, выходы 19-21 б ока 5 управления, РХОД 22 блока 5 уп J.MB леммЧ, выходы 23-27 регистра, выходы j- 31 блока 7 выходной логики, вход 32 устройства.

Блок 5 управления содержит первый триггер 33, второй триггер 34, трежГ триггер 35, четвертый триггер 36, элементы И 37-40.. элемент И-НЕ 41, элемент НГ 42. Блок 43 контроля, который имеет выход 4 блока, вход 45 блока, а также D-триггеоы 46-47, - мультиплексор 48, ИЛИ 49 и 50, О-триггеры 51-53, элемен.ы И 54-5, .элемент ИЛИ 58.

ha вход блока 43 ко/тролр, соединенный с входом 14 интерполятора поступзэт сигнал С1, отрицательный перепад которого служит для записи гризнаков, опред ля- ющего мажоритарность М и 2N, в блок 43 контроля. Значение указанною признака поступает на вход 45 интерполятора, подключенный к одиннадцатому входу блока 43 контроля, причем приянчк принимае еди- ночное состояние при М .

Сравнение М с 2N необходимо г4гя оп ределения октанта, в котором производи с интерполирование. При М 2М.интео опи- руемый отрезок принадлежит первому полуоктанту, где в двух смежных интерполяционных тактах невозможно формирование двух диагональных шагов. При М N интерполируемый отрезок принадлежит второму полуоктанту, где при интерполировании отрезка прямой с максимальной точностью невозможно формирование о двух смежных интерполяционных тактах шаговых приращений пи ведущей коорди- нате.

Вход блока 43 контроля, который подключен к входу интерполятора, г.л А-МТ для

пода(и сигнала начальной уст ювки по включении, пигг-н /-,. Активный ..овень сиг- нэпа сброса ;,утесой Разрешаю дий пход блока 43 контроля предназначен для подачи нулевого сигнала разрешения контроля поеле окончания цикла интеополрции. На интерполяционный вхот Ь лока 4 Г, контроля поступают шаговые приращения го ведущей координате с второго 2 выхода блока 5 управления. Нулевой с.инол на обходе 44

блока 43 коитро ; счидет мьствует о пра- BH ibHOti рпботе интерполятора.

Пятый 47 триггер предназначен для хранения признака о соотношении большого и удвоенного меньшего прирчщения.

Активный фронт записи в девятой 46

триггер - задний. Управляющий С-вход триггера подключен к двенадцатому входу 10 блока 3 ког троля, установочным S-вход- к тринадцэгО --1 входу 15, информационный

D-вход jnaeMfl i, a r ;ход соединен со вто- входом вог.ьмо о элемента И 57.

могрим работу линейного интерполятора.

Для этого покажем, что сочетание шагогых приращений по ведомой координате при аппроксимации отрезка прямой, принадлежащего первому пол/октанту, с максимальной точностью не может принимать значение 11, где 1 соответствует наличию

шаювого приращения.

В случае принадлежности отрезка прямей к первому пол,октанту имеет место соотношение М и, Рассмотрим в отдельности два случая: М N и М 2N.

Н фиг. 4 представлен граничный (наиболее неблагоприятный) случай при М 2N. Примем за начало отсчзта т. Р идеальной прямой, В наихудшем случае т. А шаговой траектории смещена вниз относительно

идеальной прямой на половину шага дискретизации. Прирост прямой Y N Х/М за два шага дискретизации равен 2N/M. При- f-ост i л овой траектории относительно т. Р три выполнении двух диагональных шагов в

свою очередь равен -0,5 f2 +1,5.

Найдем погрешность аппроксимации двт.С

+-1,5- 2N/M.

Поскольку , то 2 .5 и, следовательно, погрешность д превышает поло вину шага дискретизации. Следечательно, при М 2N и требовании максимальной точности аппроксимации выполнение двух диагональных шагов недопустимо.

Рассмотрим граничный случай для первого полуоктанта, т.е. случай когда М 2N.

В этом случае начальное значение оценочной функции равно FO М/2 N. Рассмотрим расчет оценочной Функции с учетом того, что Л М - N -2N N - N

Fi Fo-N 0;

Fa-O - N -N;

F3 -N t- N - 0.

Очевидно, что значения оценочной функции принимают всего два значения 0 и -N. При FI 0 выполняется горизонтальное перемещение, а при FI - N диагональное. Следовательно, и в данном случае выполнение двух единичных приращений по ведомой координате недопустимо.

Обобщая доказанное заключаем, что при аппроксимации отрезков прямых, принадлежащих первому полуоктанту, вслед за перемещением по направлению, характеризуемому меньшей проекцией, т.е. выполнения диагонального ша,а, обязательно следует перемещение по направлению, ха рактеризуемому большей проекцией, т.е. сочетание шагов 11 по ведомой координате невозможно.

Рассмотрим отрезки прямых со второго полуоктанта При этом воспользуемся свойством двойственности шаговых приращений: отрезок прямой с углом наклона N/M. принадлежащий второму полуоктанту, можно аппроксимировать путем инвертирования значений шаговых приращений по ведомой координате отрезка прямой (М -N)M, принадлежащего второму полуоктанту. Отсюда следует, что если для первого полуоктанта при аппроксимации отр.езка поямой с максимальной точностью аппроксимации сочетания 11 шаговых приращений по ведомой координате невозможно, то для отрезков прямых со второго полуоктанта таким запрещенным сочетанием будет следующее: 11 00.

Рассмотрим работу цифрового линейного интерполятора в режиме контроля. В подготовительный период в пятый триггер 47 с входа 45 блока 43 контроля задним фронтом сигнала записывается признак ма- жоритарности большего и удвоенного меньшего приращения. Запись производится под воздействием заднего фронта сигнала, поступающего на информационный С-вход с девятого входа 14 блока 43 контроля. Этот

же нупевой сигнал с девятого пходт 14 43 контроля поступает на второй вход пер- г.ого 49 и первый вход второго 50 эпементгп ИЛИ. Тем самым он обеспечивает прпурч

дение сигналов установки с прямого и инверсного выходов триггера 47 соответственно нл S- и R-входы триггеп-т 51. Уровень О, формируемый на выходе эте- мента И 54 под воздействием нулевого сигнала, приводит к обнулению девятого трип ера 46 ошибки.

В первом интерполяционном такте в триггер 51 записывается значение первого шагового приращенич по ведомой координате. В этом же такте содержимое триггера 51 юреписывдется в триггер 52 Поскольку анализируется не одно, а два значения IPP- гсвых приращений в смежных тактах, то с целью избежания ложного срабатывания в

первом интерполяционном такте производится установка триггера 51 в некритичное длч данного полуоктанта состояние О частности для первого полуоктанта сочета мне 11 шаговых приращений по ведомой

координате недопустимо, следовательно требуется установка триггера 51 в состояние О. В этом случае после первого такта в сдвиговом регистре, образованном триггерами 51 и 52 будет записана комбинация

ШО, где Ш - значение шагового приращения в первом интерполяцн ином такте

Совершенно лналошчно рассуждая, заключаем, что в случае интерполяции отрезка со второго полуоктанта требуется установка

триггера 51 в единичное состояние.

I la информационные входы 28- 31 мультиплексора 48 поступают шаговые приращения + Х, Х, -t-Y, -Y координат. В зависимости от знаков исходных приращений, а также признака мажоритарное™ ДХ и Л Y, поступающих на адресные входы 23, 25, 27 мультиплексора 48, осуществляется коммутирование на выход мультиплексора 48 последовательности шаговых приращений по ведомой координате.

В сдвиговый регистр, образованный триггерами 51 и 52, в каждый момент времени, за исключением первого такта, запоминаются значения двух шаговых

приращений.

При М 2 и единичных состояниях триггеров 51 и 52 на выходе элемента 14 55 уста- навливается уровень 1, который указывает о наличии ошибки. Единичный

уровень сигнала с выхода элемента М 55 обеспечиаает единичный уровень сигнала на выходе элемента ИЛИ 58, соединенном с информационным D-оходом триггера 4С. При поступлении заднего фронта сигнала на

управляющий С-вход триггера 46 последний устанавливается в состояние 1, что и является сигналом для внешнего устройства о наличии ошибки.

При и нулевых состояниях триггеров 51 и 52 на выходе элемента И 56 устанавливается уровень 1, который указывает о наличии ошибки. Единичный уровень сигнала с выхода элемента И 56 обеспечивает единичный уровень сигнала на выходе элемента ИЛИ 58, соединенном с информационным D-входом триггера 46. При поступлении заднего фронта сигнала на управляющий С-вход триггера 46 поспед ний устанавливается в состояние 1, что и является сигналом для внешнего устройства о наличии ошибки.

Запись информации в триггер 46 в процессе интерполяции производится задним фронтом сигнала, который поступает с входа 21 блока 43 контроля (фиг. 3). После окончания процесса интерполяции в триггер 46 и 47 записаны значения последних1 двух шаговых приращений. На выходе элемента ИЛИ 58 сформируется сигнал контроля. Для обеспечения записи его в девятый триггер 46 (гтробирующие сигналы, поступающие на восьмой вход 21 блока 43 контроля по окончании процесса интерполяции отсутствуют) введен триггер 53, который устанавливается в состояние О задним фронтом сигнала, поступающего на установочной С- вход с двенадцатого входа 10 блока 43 кон троля.

В устройстве-прототипе отсутствует контроль работы интерполятора. В предлагаемом устройстве за счет анализа шаговых приращений по ведомой координате обеспечен контроль работы интерполятора, что обеспечивает технический и экономический эффект.

Формула изобретения

Цифровой линейный интерполятор по авт. св. Nfe 1462247, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет контроля работы интерполятора за цикл его работы, в него дополнительно введен блок контроля, первый, второй и третий информационные входы знаков приращений кото рого подключены соответственно к третьему, пятому и седьмому информационным входам блока выходчой логики, группа информационных входов единичных приращений гТлока контроля соединена с группой информационных выходов блока выходной лсгики, вход синхросигналов блока контроля подключен к пятому входу цифрового линейного интеополятора, информационный вход шаговых поиращений блока контроля соединен с вторым выходом блока управления, восьмой вход интерполятора соединен с входом признака мажоритарности блока контроля, вход начальной установки которого подключен к пятому входу блока управления, информационный вход опорной последовательности соединен с выходом генератора импульсов, первый выход блока управления подключен к входу разрешения контроля и к первому выходу цифровое гм

0 нейного интерпопятора, шестой выхоч которого соединен с выходом блок контроля, тичем блок контроля годерж п пить триггеров три элементу ИЛ мультиплексор, элемента И, при этом нход признака

F ма коритэрности блока контроля подключен к информационном D .-оду nt рпогп триггера, упрааляющии которого соединен с счнхровходом , с вторым входом первого и с пррвь-м входом crop то элемен0 тов ИЛИ и с первым вхтпм первого элемента И, второй вход которого подтпчен к входу начальной установки бг окл информационный вход опорной послед ,ательности которого соединен с управ ощип С-вхо5 дом второго триггера, информационный D- вход которого заземлен, а установочный S-вход под лю11сн к плоду разрешения кон- тротя блока информационный вход шаговых приращений которого соединен с

0 управляющими С-входами третьего и четвертого триггеров и с пэрвь м входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, груг па информационных входов единичныхпри5 рлщений блока подключена соответстгенно к первому и третьему, второму и четвертому, пятому и седьмому, шестому и восьмому информационным входам мультиплексора адресные входы которого с первого по третий

0 соединены соответственно с первого по третий информационными в/одами знаков приращений блока контроля выход которого подключен к выходу пятого триггера, информационный , управляющий

5 С-вход и установочный R-вход соединены соответственно с выходами тоетьего элемента ИЛИ. второго и первого элементов И, прямой выхсд первого триггера подключен к первым входам третьего элемента А и пор0 вого элемента ИЛИ, выход последнего соединен с установочным S-входом шестого триггера, информационный D-вход и установочный R-ВУОД которого подключены со- ответс ренно к выходу мультиплексора и

5 выходу второго элемента ИЛИ, второй нход которого соединен с инверсным выходом первого триггера и третьим входом четвертого элемента И вторпй и первый входы которого подключены соответственно к инверсным выходам третьего и четвертого

триггеров, прямой выход четвертого тригго- ра соединен с третьим входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу третьего и информацион

|,ому D-входу четвертого триггеров, первый л второй входы третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами трет -on и четпертого элементов И.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах отображения графической информации, графопостроителях, устройствах числового программного управления оборудованием. Целью изобретения является повышение надежности за счет контроля работы интерполятора за цикл его работы. Интерполятор содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2, блок 3 питания, регистр 4, блок 5 управления, накапливающий сумматор 6, блок 7 входной логики. За счет анализа шаговых приращений по ведомой координате обеспечен контроль работы интерполятора. 5 ил.

10

/V

15 21

СТ 28

29

30 31

51

Фиг.З

i i1Фиг. Ч

20

W0

#

п

гЕ

77

Фиг. 5