Устройство для воспроизведения функций Советский патент 1992 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, может быть использовано в системах автоматики и телемеханики, при аналоговой и цифровой обработке сигналов и является усовершенствованием устройства по авт, св. № 1644177.

Известно устройство для воспроизведения функций, содержащее первый и второй сумматоры, блок задания параметров функций, первый и второй буферные регистры, элемент ИЛИ, первый, второй и третий выходы блока задания параметров функций подключены к информационным входам соответственно первого и второго регистров ординат и регистра длительности участка аппроксимации, выход которого соединен с входом управляемого генератора импульсов, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, цифровой выход которого соединен с адресным входом блока памяти значений аргумента, аналоговый выход устройства подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, информационные входы цифрового блока умножения подключены соответственно к выходам блока памяти значений аргумента и первого сумматора, а выход соединен с информационным входом первого буферного регистра, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго буферного регистра, а выход второго сумматора является цифровым выходом устройства и подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход первого регистра ординат соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя прямого кода в дополнительный, вход которого соединен с выходом второго регистра ординат и с информационным входом второго буферного регистра, вход записи которого объединен с входом записи первого буферного регистра и подключен к выходу второго элемента задержки, вход которого соединен с входом запуска цифрового блока умножения и с выходом первого элемента задержки, вход которого подключен к выходу

элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходом управляемого генератора импульсов и входом записи реверсивного счетчика, который также подключен к выходу третьего элемента задержки, вход которого соединен с входами записи первого и второго регистров ординат и регистра длительности участка аппроксимации, с тактовым входом блока задания параметров функций и подключен к выходу признака обнулений реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен с входом задания числа интервалов аппроксимирующей фукнции устройства.

Это устройство позволяет воспроизводить сигналы как в аналоговом, так и в цифровом виде по двум соседним отсчетам и интервалу времени между ними, причем это устройство воспроизводит подряд все значения сигнала в промежутках между опорными значениями. В системах автоматики и телемеханики, использующих цифровую обработку сигнала, часто возникает необходимость восстанавливать цифровые коды сигналов только в отдельных, заранее заданных, в общем случае произвольных точках так, чтобы можно было на участках аппроксимации различной длительности определять значения сигнала в точках с заранее заданными номерами. Например, на первом участке аппроксимации выбрать 2-ю и 5-ю точки этого участка, а на втором участке - 3-ю, 4-ю и 6-ю точки этого участка. Такая необходимость может возникнуть для моделирования данных с пропусками, например временных рядов изменения температуры поверхности моря при обработке и экспериментальных исследованиях гидрометеорологической информации. Также это может быть применено при восстановлении пропусков данных в таких временных рядах,когда в результате предварительной обработки известен номер исказившейся точки. Кроме того, необходимость в решении такого класса задач возникает при различного рода изменениях масштабов отображения сигнала, в особенности при адаптивной его дискретизации и при необходимости сохранения

такой адаптивности для сокращения избыточности и сохранения постоянной точности воспроизведения участков с различной скоростью изменения сигнала. Кроме того, потребность в воспроизведении сигнала не во всех возможных точках подряд, а в отдельно взятых, заранее заданных может возникнуть с целью сокращения избыточности, связанной с различной значимостью для получателя значений сигнала в различных точках участка аппроксимации, а также это может найти применение для согласования скорости формирования новой информации - воспроизведения сигнал А - с производительностью конкретных различных устройств обработки информации.

Известное устройство не позволяет воспроизводить значения функции в отдельных, заранее заданных, в общем случае произвольных точках.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет организации воспроизведения значений функции в отдельных,произвольных, заранее заданных точках.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для воспроизведения функции дополнительно введены суммирующий счетчик, блок памяти ординат воспро- изводимых точек, четвертый элемент задержки, регистр кодов воспроизведенных значений функции, блок памяти кодов воспроизведенных значений функции, причем счетный вход суммирующего счетчика подключен к выходу элемента ИЛИ, цифровой выход суммирующего счетчика соединен с адресным входом блока памяти ординат воспроизводимых точек, одноразрядный выход которого соединен с входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен с входом записи регистра кодов воспроизведенных значений функции, информационный вход которого соединен с цифровым выходом устройства, а выход регистра кодов воспроизведенных значений функции является выходом кодов значений функции, воспроизведенных в отдельных произвольных точках, цифровой выход устройства соединен с информационным входом блока памяти кодов воспроизведенных значений функции, вход записи которого соединен с выходом четвертого элемента задержки, адресный вход блока памяти кодов воспроизведенных значений функции соединен с цифровым выходом суммирующего счетчика.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 задания параметров функций, первый 2 и второй 3 регистры ординат, первый 4 и второй 5 выходы блока 1 задания параметров, первый элемент 6 задержки, преобразователь 7 прямого кода в дополнительный, первый

сумматор 8, цифровой блок 9 умножения, тактовый вход 10 блока 1, регистр 11 длительности участка аппроксимации, третий выход 12 блока 1, аналоговый 13 и цифровой 14 выходы устройства, второй сумматор 15,

0 цифроаналоговый преобразователь 16, управляемый генератор 17 импульсов, реверсивный счетчик 18, первый буферный регистр 19, блок 20 памяти значений аргумента, второй буферный регистр 21, второй элемент 22

5 задержки, третий элемент 23 задержки, элемент ИЛИ 24, суммирующий счетчик 25, блок 26 памяти ординат воспроизводимых точек, четвертый элемент 27 задержки, регистр 28 кодов воспроизведенных значений

0 функции, выход 29 кодов значений функции, воспроизведенных в отдельных произвольных точках, и блок 30 памяти кодов воспроизведенных значений функции. Первый 4, второй 5 и третий 12 выходы блока 1

5 задания параметров функций подключены к информационным входам соответственно первого 2 и второго 3 регистров ординат и регистра 11 длительности участка аппроксимации, выход которого соеди0 нен с входом управляемого генератора 17 импульсов, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика 18, цифровой выход которого соединен с адресным входом блока 20 памяти значений аргу5 мента, аналоговый выход 13 устройства подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 16, информационные входы цифрового блока 9 умножения подключены соответственно к выходам блока 20 памяти

0 значений аргумента и первого сумматора 8, а выход соединен с информационным входом первого буферного регистра 19, выход которого подключен к первому входу второго сумматора 15, второй вход которого сое5 динен с выходом второго буферного регистра 21, а выход второго сумматора 15 является цифровым выходом 14 устройства и подключен к входу цифроаналогового преобразователя 16, выход первого регистра 2

0 ординат соединен с первым входом первого сумматора 8, второй вход которого под- ключен к выходу преобразователя 7 прямого кода в дополнительный, вход которого соединен с выходом второго регистра

5 3 ординат и с информационным входом второго буферного регистра 21, вход записи которого объединен с входом записи первого буферного регистра 19 и подключен к выходу второго элемента 22 задержки, вход которого соединен с входом запуска цифревого блока 9 умножения и с выходом первого элемента 6 задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 24, выходы которого соединены с выходом управляемого генератора 17 импульсов и входом записи реверсивного счетчика 18, который также подключен к выходу третьего элемента 23 задержки, вход которого соединен с входами записи первого 2 и второго 3 регистров ординат и регистра 11 длительности участка аппроксимации, с тактовым входом 10 блока 1 задания параметров функций и подключен к выходу признака обнуления реверсивного счетчика 18, информационный вход которого соединен с входом задания числа интервалов аппроксимирующей функции устройства, счетный вход суммирующего счетчика 25 подключен к выходу элемента ИЛИ 24, цифровой выход суммирующего счетчика 25 соединен с адресным входом блока 26 памяти, одноразрядный выход которого соединен с входом четвертого элемента 27 задержки, выход которого соединен с входом записи регистра 28 кодов воспроизведенных значений функции, информационный вход которого соединен с цифровым выходом 14 устройства, а выход регистра 28 кодов воспроизведенных значений функции является выходом 29 кодов значений функции, воспроизведенных в отдельных произвольных точках, цифровой выход 14 устройства соединен с информационным входом блока 30 памяти кодов воспроизведенных значений функции, вход записи которого соединен с выходом четвертого элемента 27 задержки, адресный вход блока 30 памяти кодов воспроизведенных значений функции соединен с цифровым выходом суммирующего счетчика 25.

Аппроксимацию сигнала y(t) по соседним дискретным отсчетам AI и А2 интервалу времени AT между ними устройство реализует по формуле

y(t) Ai+(A2-Ai)F(),(1)

где AT - интервал времени между соседними дискретными отсчетами AI и А2 сигнала;

АЧ и А2 - соответственно первый и второй дискретные отсчеты сигнала;

F - аппроксимирующая функция, F(t) 1.

В качестве блока 26 памяти может быть применено, в частности оперативное запоминающее устройство с однобитовой организацией, которое заранее программируют так, что в каждой его ячейке с номером К (U - 1) (N + 1) + j 0 1. N+1 - номер точки на участке аппроксимации; U - номер участка аппроксимации, нумерация

начинается с N - число подинтервалов, на которое разбивается участок аппроксимации) записывают 1 или О в зависимости оттого, требуется или нет воспроизвести на

выходе 29 значение функции в этой точке К.

Блок 30 памяти предназначен для хранения воспроизведенных значений функции. Перед началом работы во все его ячейки записывают коды, соответствующие

пропуску в данных. Например, пусть код нуля означает, что значение функции в рассматриваемой точке не рассчитано - отсутствует. При работе устройства в те ячейки блока 30 памяти, адреса которых равны

адресам тех ячеек блока 26, в которых записаны единицы, производится запись воспроизведенных значений функции, в остальные ячейки блока 30 памяти запись воспроизведенных значений не производится и в них остаются коды, соответствующие пропускам в данных. Таким образом, по окончании работы в блоке 30 памяти записана последовательность кодов такая, что в ней имеются как коды воспроизведенных

значений функции, так и коды, означающие, что в точке, номер которой равен адресу рассматриваемой ячейки блока 3, значение воспроизводимой функции пропущено. По окончании работы устройства, при необходимости, можно прочесть содержимое блока 30 памяти - последовательность кодов значений функции и пропусков - и применять его, по усмотрению пользователя. Устройство работает следующим образом,

Перед началом работы на информационный вход счетчика 18 подается код N, который сохраняется на этом входе все время работы устройства, блок 1 задания параметров функций выставляет на свои первый 4, второй 5 и третий 12 выходы коды значений второго Аа, первого AI дискретных отсчетов сигнала и интервала AT между ними соответственно. Счетчики 18 и 25 обнуляются сигналом Пуск. Сигнал с выхода признака обнуления счетчика 18 поступает на входы записи регистров 2, 3 и 11, разрешая параллельную запись в эти регистры подготовленных блоком 1 значений Аа, AI и Т

соответственно, а также на тактовый вход блока 1, разрешая ему начать подготовку данных для следующего участка аппроксимации. Через время, определяемое элементом 23 задержки, достаточное для записи

кодов в регистры 2, 3 и 11, задержанный импульс признака обнуления счетчика 18 поступает с выхода элемента 23 на вход записи счетчика 18, устанавливая последний в состояние N.

На выходе блока 20 памяти формируется записанный в N-й ячейке код значения аппроксимирующей функции F, соответствующий нулевому значению ее аргумента F(0), который поступает на первый информационный вход цифрового блока 9 умножения. Одновременно на второй информационный вход последнего поступает код разности (Аа - AI), сформированный на выходе первого сумматора 8, на первый вход которого поступает код Аа с выхода регистра 2, а на второй вход - дополнительный код числа AI, сформированный на выходе преобразователя 7, на вход которого подан код AI с выхода регистра 3. Импульс установки счетчика 18 в состояние N с выхода третьего элемента 23 задержки поступает на вход элемента ИЛИ 24 и с выхода последнего на счетный вход счетчика 25, переводя его в 1-е состояние, в результате чего на адресных входах блоков 26 и 30 формируется соответствующий код адреса, на одноразрядном выходе блока 26 памяти - записанный в его 1-й ячейке бит, например единица. Это сигнал уровня логической единицы поступает на вход элемента 27 задержки, время которой выбирают не менее суммы времен задержек элементов 6 и 22.

Выход элемента 24 соединен с входом элемента 6 задержки, сигнал с выхода которого запускает цифровой блок 9 умножения. Время задержки элемента 6 задержки выбирается достаточным для того, чтобы к моменту запуска цифрового блока 9 умножения на его информационных входах успели сформироваться код значения функции F в i-й точке (с выхода блока 20) и код (Аа - AI) (последний остается неизменным в течение интервала аппроксимации и меняется лишь при переходе к новому интервалу аппроксимации). Поскольку F(0) 0, то на выходе цифрового блока 9 умножения формируется код нуля, который поступает на информационный вход первого буферного регистра 19 и записывается в этот регистр по сигналу с выхода второго элемента 22 задержки, задержанному на время, необходимое для выполнения операции умножения. По тому же сигналу с выхода элемента 22 задержки производится запись во второй буферный регистр 21 кода AI с выхода регистра 3.

Коды с выходов буферных регистров 19 и 21 поступают соответственно на первый и второй входы второго сумматора 15. Таким образом, на цифровом выходе 14 устройства формируется код AI, а на аналоговом выходе 13 - соответствующий ему уровень аналогового сигнала. Сигнал с выхода элемента 27 задержки поступает на вход записи регистра 28, разрешая (или не разрешая,

если в соответствующей ячейке блок 25 памяти записан О) параллельную запись в него кода (Ai), сформированного на цифровом выходе 14 устройства. Таким образом,

этот код (Ai) формируется на выходе 30 устройства. Одновременно сигнал с выхода элемента 27 задержки поступает на вход записи блока 30 памяти, разрешая (или не разрешая, если в соответствующей ячейке

блока памяти 26 записан О) запись в его ячейку по адресу, сформированному счетчиком 25, кода (Ai), сформированного на цифровом выходе 14 устройства. Кроме того, через определенное время задержки, достаточное для записи в регистр 11 и перезаписи AT в управляемый генератор 17, счетные импульсы начинают поступать на счетный вход счетчика 18.

Частота следования импульсов на выходе управляемого генератора 17 соответствует коду AT регистра 11.

Через интервал времени, пропорциональный AT, на счетный вход счетчика 18

поступает импульс с выхода управляемого генератора 17 м переводит счетчик 18 в (N-1)-e состояние. Этот же импульс, пропущенный элементом ИЛИ 24, с выхода управ- ляемого генератора 17 поступает на

счетный вход счетчика 25, переводит последний в следующее - второе - состояние, в результате чего на одноразрядном выходе блока 26 памяти формируется сигнал уровня логической единицы или логического нуля в

зависимости оттого, что записано во втором бите блока 26 памяти - 1 или О. Этот сигнал задерживается элементом 27 задержки на время, достаточное для формирования на цифровом выходе 14 устройства кода

1

Ai + (А2 - Ai) F (тл) . Одновременно с этим

сигнал с выхода элемента 24 поступает на вход элемента 6 задержки и через время, достаточное для формирования на выходе

блока 20 памяти записанного в (Ч-1)-й ячейке кода аппроксимирующей функции F, запускает цифровой блок 9 умножения, на первом информационном входе которого к моменту запуска успевает сформироваться

код значения аппроксимирующей функции F в точке с номером i 1. На второй информационный вход цифрового блока 9 умножения поступает полученный при помощи преобразователя 7 и сумматора 8 код разности (А2 - Ai). На выходе цифрового блока 9

1 умножения формируется код (Аа - Ai) F() ,

который записывается в буферный регистр 19 по окончании процесса умножения.

Таким образом, на выходе сумматора

15 формируется код значения Ai + (Аа 1-Ai) xF (тп) , а на аналоговом выходе 13

устройства - соответствующий этому коду уровень аналогового сигнала. Сигнал с выхода элемента 27 задержки разрешает, если во 2-й ячейке блока 26 памяти была записана единица, или не разрешает в противном случае параллельную запись кода Ai +

+ (Аа - Ai) F (j) в регистр 28 и в блок 30

памяти по адресу, определяемому состоянием счетчика 25. Если запись в блок 30 не производится, то в соответствующей его ячейке остается код пропуска данных, записанный туда до начала работы устройства. Если запись в регистр 28 осуществляется, то код значения функции, сформированный на выходе 14 устройства, формируется и на выходе 29 устройства. В противном случае состояние выхода 29 не меняется. Состояния выходов 13 и 14 остаются неизменными до момента появления следующего, 2-го, импульса на выходе второго элемента 22 задержки (нумерация этих импульсов начинается с нуля). Аналогично описанному, на цифровом выходе 14 устройства фор2мируется код Ai + (А2 - Ai) F (-jq) , на

аналоговом выходе 13 - соответствующий ему аналоговый сигнал, а на выходе 29 формируется или не формируется и в блок 30 памяти записывается или не записывается

код нового воспроизводимого значения

о функции Ai + (A2- Ai)F(jn) в зависимости

от того, 1 или О записаны в соответствующей - третьей - ячейке блока 26 памяти, На остальных подинтервалах, на которые разбита область 0; А Т, устройство работает аналогично.

На последнем, N-м подинтервале устройство работает следующим образом.

После воспроизведения промежуточного значения сигнала в момент

времени t -г:-ДТ, соответствующего

значению аппроксимирующей функции, записанному в 1-й ячейке блока 20, выходы 13 и 14 устройства пребывают в состоi Ai + (А2 - Ai) F j- до тех пор,

янии

ж

пока

на счетный вход счетчика 18 не поступит очередной импульс с выхода управляемого генератора 17, который переведет счетчик 18 в нулевое состояние. Импульс с генератора 17, пропущенный элементом ИЛИ 24, поступает на счетный вход счетчика 25, переводя его в следующее состояние. На выходе блока 26 памяти формируется сигнал уровня логической единицы или логического нуля в зависимости оттого, 1 или О записаны в однобитовой ячейке блока 26 памяти

по адресу, код которого сформирован на выходе счетчика 25. Сигнал с выхода блока 26 памяти поступает на вход элемента 27 задержки, время задержки которого не менее суммы времен задержек элементов 6 и

0 22 и достаточно для того, чтобы на выходе сумматора 15 сформировался код нового воспроизводимого значения функции Ai + (А2 - Ai) F(1).

На первый информационный вход циф5 рового блока 9 умножения, аналогично описанному, поступает код значения аппроксимирующей функции F(1), записанный в нулевой ячейке блока 20. Аналогично описанному, с задержкой, обеспечиваемой

0 последовательным соединением элементов 6 и 22, выходы 14 и 13 оказываются в состоянии Ai + (А2 - Ai) F(1), соответствующем значению сигнала в конечной точке интервала аппроксимации. Сигнал с выхода эле5 мента 27 задержки разрешает или не разрешает, аналогично описанному, параллельную запись кода Ai + (А2 - Ai) F(1) с выхода 14 в регистр 28 и блок 30 памяти. При этом F(1) 0, вследствие чего на выходе

0 имеем код AI, но значение AI соответствует уже следующему интервалу аппроксимации. Одновременно в связи с тем, что счетчик 18 перешел в нулевое состояние, сигнал с его выхода признака обнуления поступает

5 на тактовый вход блока 1, разрешая начать подготовку исходных данных для следующего участка аппроксимации, и этот же сигнал поступает на входы записи регистров 2, 3 и 11, разрешая параллельную запись в них

0 кодов исходных данных текущего участка аппроксимации, заранее выставленных блоком 1 на его цифровые выходы 4, 5 и 12, Импульс с выхода признака обнуления счетчика 18 поступает с задержкой на время,

5 определяемое элементом 23, на вход записи счетчика 18 и устанавливает последний в состояние N.

Аналогично сигнал с выхода элемента 23 задержки, пропущенный элементом ИЛИ

0 24, переводит счетчик 25 в следующее, (N+2)-e состояние, определяющее адрес бита в блоке 26 памяти и адрес ячейки в блоке 30 памяти. Аналогично тому, как воспроизводился первый отсчет сигнала AI на пред5 ыдущем интервале аппроксимации, снова воспроизводится первый отсчет сигнала Ач на новом участке аппроксимации и параллельно записывается или не записывается в зависимости от состояния выхода блока 26 в регистр 28 и блок 30 памяти.

Таким образом, иа выходе 29 устройства появляется или не появляется, а в блок 30 памяти по адресу, сформированному счетчиком 25, записывается или не записывается новое воспроизводимое значение функции в зависимости от состояния бита блока 26 памяти, адрес которого сформирован счетчиком 25. По окончании работы устройства в блоке 30 памяти оказывается записанной такая последовательность ко- дов, что в ней имеют место как коды воспроизведенных значений функции, так и коды, означающие пропуски в данных.

Формула изобретения

Устройство для воспроизведения функций по авт. св. № 1644177, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет организации воспроизведения значений функции в от- дельных произвольных заранее заданных точках, в него введены суммирующий счетчик, блок памяти ординат воспроизводимых точек, четвертый элемент задержки, регистр кодов воспроизведенных значений функ-

ции, блок памяти кодов воспроизведенньч значений функций, причем счетный вход суммирующего счетчика подключен к выходу элемента ИЛИ, цифровой выход суммирующего счетчика соединен с адресным входом блока памяти ординат воспроизводимых точек, одноразрядный выход которого соединен с входом четвертого элемента задержки, выход которого соединен с входом записи регистра кодов воспроизведенных значений функции, информационный вход которого соединен с цифровым выходом устройства, а выход регистра кодов воспроизведенных значений функции является выходом кодов значений функции, воспроизведенных в отдельных произвольных заранее заданных точках, цифровой выход устройства соединен с информационным входом блока памяти кодов воспроизведенных значений функции, вход записи которого соединен с выходом четвертого элемента задержки, адресный вход блока памяти кодов воспроизведенных значений функции соединен с цифровым выходом суммирующего счетчика.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматики и телемеханики, при аналоговой и цифровой обработке сигналов. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет организации воспроизведения значений функции в отдельных, произвольных, заранее заданных точках. Устройство содержит блок 1 задания параметров функций, первый и второй регистры 2, 3 ординат, первый выход 4 блока 1 задания параметров, второй выход 5 блока 1, первый элемент 6 задержки, преобразователь 7 прямого кода в дополнительный, первый сумматор 8, цифровой блок 9 умножения, тактовый вход 10 блока 1, регистр 11 длительности участка