Устройство для воспроизведения квадратичных функций Советский патент 1992 года по МПК G06F7/544 

ч

го

п-Л

о о

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в специализированных вычислительных и информационно-измерительных системах, в системах автоматического управления при воспроизведении и вычислении параболических функций вида у ао ± aix ± Э2Х2, аргумент которых представлен число-импульсным кодом.

Известно устройство для воспроизведе- ния квадратичных функций, аргумент которых представлен число-импульсным кодом, содержащее двоичный делитель, счетчик участков, дешифратор, элементы И и ИЛИ, блоки памяти и импульсный сумматор 1.

Недостатками устройства являются пониженная точность в силу использования в нем кусочно-линейной аппроксимации и ограниченная область применения ввиду воспроизведения и вычисления квадратичных функций, являющихся только частным случаем множества параболических функций.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для воспроизведения квадратичных функций, аргумент которых представлен число-импульсным кодом, содержащее последовательно соединенные первый ключ, первый счетчик, регистр и преобразователь кода в интервал, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей и последовательно соединенные устройство управления, запоминающее устройство, второй ключ и второй счетчик, причем информационный вход первого ключа соединен с тактовым входом устройства 2.

Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие, обусловленное итерационным (по схеме Горнера) алгоритмом реализации, а также конструк- тивная сложность, обусловленная наличием устройства управления и запоминающего устройства.

Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для воспроизведения квадратичных функций, содержащее два счетчика, преобразователь кода в интервал и ключ, причем выход преобразователя кода в ин- тервал соединен с управляющим входом ключа, информационный вход которого соединен с тактовым входом устройства, дополнительно введены два преобразователя кода в частоту, причем вход операнда уст- ройства соединен с информационным входом преобразователя кода в интервал, выход ключа соединен с частотными входами первого и второго преобразователей кода в частоту, входы операндов первого /

второго преобразователей кода в частоту соединены с выходом первого счетчика и первым установочным входом устройства соответственно, счетные входы первого и второго счетчиков соединены с выходами соответственно второго и первого преобразователей кода в частоту, входы параллельной записи первого и второго счетчиков соединены соответственно с вторым и третьим установочными входами устройства, выход второго счетчика соединен с выходом результата устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство для воспроизведения квадратичных функций содержит второй счетчик 1, преобразователь 2 кода в интервал, первый счетчик 3, первый 4 и второй 5 преобразователи кода в частоту (ПКЧ), ключ 6, причем выход преобразователя 2 кода в интервал соединен с управляющим входом ключа 6, информационный вход которого соединен с тактовым входом 7 устройства, вход 8 операнда устройства соединен с информационным входом преобразователя 2 кода в интервал, выход ключа б соединен с частотными входами первого 4 и второго 5 ПКЧ, входы операндов первого 4 и второго 5 ПКЧ соединены с выходом первого счетчика 3 и первым установочным входом 9 устройства соответственно, счетные входы первого 3 и второго 1 счетчиков соединены с выходами соответственно второго 5 и первого 4 ПКЧ, входы параллельной записи первого 3 и второго 1 счетчиков соединены соответственно с вторым 10 и третьим 11 установочными входами устройства, выход второго счетчика 1 соединен с выходом результата устройства.

Устройство работает следующим образом.

Цикл воспроизведения и вычисления параболической функции вида

у ао ± ащх ± Э2ПХ2,(1)

где Пх - число-импульсный код аргумента;

ao,ai,32 постоянные коэффициенты, начинается с поступления число-импульсного кода с входа 8 операнда устройства на информационный вход преобразователя 2 кода в интервал. Передним фронтом первого импульса число-импульсного кода производится запись кодовых уставок АО и AI с третьего 11 и второго 10 установочных входов в счетчики 1 и 3 соответственно (цепи записи счетчиков не показаны). Для обеспечения более четкой работы устройства запись кодовых уставок АО и AI должна производиться заранее перед поступлением входного число-импульсного кода, как операция по установке счетчиков 1 и 3 в исходное состояние. На выходе преобразователя 2 кода в интервал формируется импульс напряжения, длительность Т которого при постоянной частоте входных импульсов пропорциональна число-импульсному коДУ

T k-nx,(2)

где k - коэффициент пропорциональности.

Выходной импульс преобразователя 2 кода в интервал, поступая на управляющий вход ключа 6, открывает последний, в результате чего импульсы с тактового входа 7 устройства, поступающие на информационный вход ключа 6, поступают на частотные входы первого 4 и второго 5 ПКЧ.

Выходная частота friKHi первого ПКЧ 4 определяется выражением

тпкч1 kr N1

Jo. 2n

N1,

где Nt - выходной код первого счетчика 3;

ki - коэффициент преобразования первого ПКЧ 4;

fo - тактовая частота;

n - число разрядов первого ПКЧ 4, равное числу разрядов первого счетчика 3.

В каждый момент времени t в интервале длительности Т выходной код NI первого счетчика 3, поступающий на кодовые шины первого ПКЧ 4, равен

NI Ai ±fn.K42 t,(4)

причем

friK42 К2 A2

J° 2P

A2,

где fn.K42 - выходная частота второго ПКЧ 5;

k2 - коэффициент преобразования второго ПКЧ 5;

р - число разрядов второго ПКЧ 5;

А2 - кодовая уставка второго ПКЧ 5. Знаки полярности + в выражении (4) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать первый счетчик 3 - в суммирующем либо вычитающем соответственно. С частотного выхода первого ПКЧ 4 за время длительности Т на счетный вход второго счетчика 1 поступает число импульсов, равное

N2 / fflKMldt / (A1± frtK42 t)dt оо 2

fo Aifo fnK42 T2

2n

,n + 1

Учитывая выражения (2) и (5), формулу (6) записывают в виде

N2

К моменту окончания длительности Т, соответствующему концу цикла воспроизведения и вычисления функции, выходной

код Ny второго счетчика 1, являющийся выходом результата устройства, соответствует числу импульсов, равному

Ny Ao±N2.(8)

Знаки полярности + либо - в выражении (8) у потребляются в зависимости от режима, в котором должен работать второй счетчик 1 - в суммирующем либо вычитающем соответственно.

Учитывая выражение (7). формулу (8) записывают в виде

щ- ±% - ±1 ЈЈЈ-&

()

Сопоставляя формулы (1) и (9), можно

отметить, что при соблюдении равенств

20

ао

31

32

k -fo

a 2 Ai: Ck-fof

A2

(Ю) (11)

(12)

a.2n+P+1 25 выполняется соотношение, выражающее прямо пропорциональную зависимость выходного кода Ny второго счетчика 1 от значения функции (1), аргумент которой представлен число-импульсным кодом

30

Ny-a-y;(13)

где а- коэффициент масштабирования. Для удобства отчета результата вычис35 ления второй счетчик 1 может быть выполнен двоично-десятичным, а коэффициент а выбран кратным десяти.

Соблюдение равенства (10)-(12) при заданных а, k, fo, n, p обеспечивается путем

40 выбора величин кодовых уставок АО, AI и А2.

Указанные режимы работы счетчиков 1 и 3 на сложение либо на вычитание устанавливаются заранее, исходя из того, какую

45 ветвь параболы необходимо воспроизводить - восходящую либо нисходящую, при этом выпуклую вниз либо вверх. Учитывая, что знаки полярности первой и второй производных параболы однозначно определя5Q ют форму любой ее ветви независимо от сочетания знаков полярности перед ее коэффициентами, то при положительном знаке полярности первой производной, т.е. при воспроизведении восходящих ветвей

55 параболы различной выпуклости, второй счетчик 1 необходимо устанавливать в режим сложения, а при отрицательном знаке полярности (нисходящие ветви) - в режим вычитания. При положительном или отрицательном знаке полярности второй

производной, т.е. при воспроизведении ветвей параболы, выпуклых вниз (знак + перед коэффициентом аа) либо вверх (знак - перед коэффициентом аа), первый счетчик 3 необходимо устанавливать в режим сложения, если при этом в пределах воспроизводимой ветви параболы полярность произведения знаков полярности первой и второй производных положительна, и в режим вычитания, если отрицательна. Иным словом, режим работы первого счетчика 3 определяется знаками полярности обеих производных, а не одной, как у второго счетчика 1. Следствием этого является то, что при воспроизведении параболы, выпуклой вниз, режимы работы счетчиков 1 и 3 должны быть одноименными - оба на сложение, в случае воспроизведения восходящей ветви, либо оба на вычитание, в случае нисходящей, а для параболы, выпуклой вверх, - разноименными, второй счетчик 1 насложе- ние, а первый счетчик 3 на вычитание, в случае воспроизведения восходящей ветви, либо наоборот, в случае нисходящей.

Таким образом, благодаря новым сея- зям, элементам и возможности установки различного сочетания режимов работы счетчиков 1 и 3 обеспечивается с учетом масштабирования аппаратурная реализация воспроизведения и вычисления параболических функций вида у ао ± aix ± аах2, у которых знаки полярности перед коэффициентами могут принимать различные сочетания, что позволяет воспроизводить как восходящие, так и нисходящие ветви парабол различной выпуклости, и аргумент которых может быть представлен число-импульсным кодом. В частном случае при выборе кодовых уставок АО и AI, равных нулю,

5 0 5 0

5

0

5

0

и установке счетчиков 1 и 3 в режим сложения устройство производит операцию возведения в квадрат входного аргумента. Кроме того, воспроизведение параболических функций, производимое в один такт, позволяет повысить быстродействие устройства, а отсутствие устройства управления и запоминающего устройства позволяет его упростить.

Формула изобретения Устройство для воспроизведения квадратичных функций, содержащее два счетчика, преобразователь кода в интервал и ключ, причем выход преобразователя кода в интервал соединен с управляющим входом ключа, информационный вход которого соединен с тактовым входом устройства, отличаю щ-е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения, в него дополнительно введены два преобразователя кода в частоту, причем вход операнда устройства соединен с информационным входом преобразователя кода в интервал, выход ключа соединен с частотными входами первого и второго преробразователей кода в частоту, входы операндов первого и второго преобразователей кода в частоту соединены с выходом первого счетчика и первым установочным входом устройства соответственно, счетные входы первого и второго счетчиков соединены с выходами соответственно второго и первого преобразователей кода в частоту, входы параллельной записи первого и второго счетчиков соединены соответственно с вторым и третьим установочными входами устройства, выход второго счетчика соединен с выходом результата устройства.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при воспроизведении и вычислении параболических функций ви- да у ао ± aix ± аах , аргумент которых представлен число-импульсным кодом. Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение. Устройство содержит счетчик 1, преобразователь 2 кода в интервал, счетчик 3, первый 4 и второй 5 преобразователи кода в частоту, ключ 6, тактовый вход 7, вход 8 операнда, первый 9, второй 10 и третий 11 установочные входы. 1 ил.