Цифро-аналоговое устройство для извлечения квадратного корня Советский патент 1975 года по МПК G06J3/00 

1

Изобретение относится к автоматике, телемеханике и вычислительной технике.

Известны цифровые устройства для извлечения квадратного корня, содержащие генератор тактовых имиульсов и блок формирования корня квадратного из числа имиульсов.

С целью повышения точности в такое цифро-аналоговое устройство введены счетчик остатков, регистр оперативной памяти, преобразователь число-импульсного кода в папряжение и схема синхронизации, входы которой подключены к входу устройства и первому выходу генератора тактовых импульсов, причем первый вход блока формирования корня соединен с выходом схемы синхронизации и первым входом счетчика остатков, а второй вход подключен к выходу регистра оперативной памяти, счетный вход которого соединен с выходом счетчика остагков, подключенного своим вторым входом к выходу блока формирования корня и входу преобразователя число-импульсного кода в напряжение, тактовый вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов, а второй выход генератора подключен к тактовому входу регистра оперативной памяти.

Изобретение обеспечивает высокоточное извлечеиие квадратного корня, благодаря запоминанию и учету остатка с последующим

преобразованием результата в аналоговый сигнал.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - развернутая схема устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит:

-генератор 1 тактовых импульсов, фор.мирующий две последовательности импульсов FI и FZ, сдвинутые по времени на половину периода их следования;

-схему синхронизации 2, обеспечивающую ввод импульсов преобразуемой частоты /д. синхронно с тактовой частото й /г,

-блок 3 формирования /,,, который из входной последовательности /д. осуществляет выборку ряда импульсов 1-го, 4-го, 9-го, 16-го и т. д.;

-преобразователь 4 число-импульсного кода в постоянное напряжение;

-счетчик остатков 5;

-регистр 6 оперативной памяти.

Принцип действия цифро-аналогового устройства извлечения квадратного корня по блок-схеме (фиг. 1) состоит в следующем.

Преобразуемая частота fj. через схему синхронизации 2 поступает на вход блока 3 формирования 1//.V, а также на вход счетчика остатков 5 синхронно с тактовой частотой FI,

вырабатываемой генератором 1. С выхода блока формировг иия 3 число импульсов, соответствующее Yf , поступает иа вход преобразователя 4 число-импульсного кода в напряжение, в котором на выходе триггера управления ноявляется шнротно-импульсио-.модулированный сигнал с изменением скважности, пропорциональным чнслу импульсов на его входе. Период ШИМ-сигнала ностояннын и определяет время цикла работы узлов 3, 5, 6. Остаток, образованный к концу цнкла в счетчике 5, переносится в регистр 6, откуда в начале следующего цикла переносится в узел 3, где суммируется с импульсами преобразуемой частоты.

Далее извлечение квадратного корня происходит с учетом остатка. При этом число импульсов, поступивших па вход преобразователя 4, в текущем периоде будет либо равно числу импульсов ;V предыдущего периода, либо увеличится на единицу (Л + 1), в зависимости от интенсивности накопления остатка, т. е. в зависимости от входной носледовательности /х Р1звлечение корня с учетом остатка позволяет рещать эту задачу с высокой точностью. Подробнее работу устройства можно рассмотреть на развернуто функциональной схеме, приведенной на фиг. 2.

Рассмотрим предварительно работу нреобразователя 4 при отсутствии входной последовательности импульсов/.

Преобразователь 4 число-импульсного кода в напряжение содержит входной логический элемент «И 7, два счетчика импульсов 8, 9, триггер управления 10, формирователь 11 импульсов установки начальных условий и балаисный сглаживающий фильтр 12.

Счетчик 9 непрерывно заполняется импульсами тактовой частоты fi, а моменты его переполнення определяют период колебания триггера управления 10. С изменением сос1ояпия триггера 10 по переполнению счетчика 9 устанавливается разрешающий потенциал на входе схемы «И 7 и начинается заполнение счетчика 8 имнульсами тактовой частоты F поскольку емкость этого счетчика выбрана в два раза меньще емкости счетчика 9, он переполнится ровно в середине периода и сбросит триггер 10 в исходное состояние. Временные диаграммы, поясняющие прщшип работы преобразователя 4 в данном режиме, приведены на фиг. За.

Таким образом, при отсутствии преобразуемой частоты /д. на выходе триггера 10 ноявляется импульсное напряжение со скважностью, равной

У,

0,5,

S

Тп

Г„ 1

дл птел ь}1ость им пул ьса; длительность паузы, а среднее за

- п нсриод напряжение на выходе

сглаживающего фильтра 12 равно нулю.

При возвран 1,енин триггера 10 в исходное состояние но перено.шснню счетчика 8 формирователь 11 формнруст нмнульс установкн начальных условна скччиков 13, 14, 15. Этот М11ульс и определяет начало цнкла работы узлов 3, 5, 6.

В нсходном сосюяннп в счетчике 13 зани0 сано число 2 - I, где п - число разрядов счетчика, в счетчике 14 записано число для счетчика 15 нсходпое состояние - нулевое.

Поразрядные выходы счетчика 14 соединены через блок схе.м совнадения 16 со входом счетчика 13 со сдвиго.м вправо на один разряд.

Преобразуемая частота /д- через схему синхронизации 2 поступает одновременно на вхоДы счетчика импульсов 13 и счетчика остатков 15 синхронно с тактово частотой F. Первый имнульс входной частоты переполняет счетчик 13 (так как в нем было занисано число 2 - 1) и его и.мнульс неренолнения 5 разрещит нерепись обратным кодом содержимого счетчика 14 в счетчик 13, запишет единицу в первый разряд счетчика 13 и добавит единицу в счетчик 14.

К приходу второго импульса входно ча0 стоты в счетчике 13 занищется число «2 -- 3, а в счетчике 14 - число «2.

Четверть импульс х вновь неренолннт счетчик 13. Его импульс неренол 1е ня аналогично предыдущему разрещит перепись содержимого счетчика 14 в счетчик 13, запищет единицу в первый разряд этого счетчика и добавит единицу в счетчик 14.

Далее с каждым следующим ере1 олнением счетчика 13 описанный роцесс повторяется. При этом импульсы переполнения счетчика 13 соответству от 1-ому, 4-ому, 9-ому, 16-ому и т. д. и.мпульсам последовательности.

Таким образом, на выходе счетчика 13 5 формируется ряд импульсов, который соответствует целочисле 1ному значению корня квадратного из количества импульсов, поступивщих па его вход за период колебания выходного триггера 10.

6 В яходнь с импульсы счетчи а 13 остунают через элемент «ИЛП 17 на сборе счетч ка остатка 15, поэтому в нем к ериода остается число, равное разности между чис, импульсов, 1остунивших на вход счетчп55 ка 13. н сгарщим Н нульсом выходного ряда. Остаток, образованный в счетчике 15, в мо.менты формирования нмнульсов установки i aчалы ых условий формирователем 11 (начало ) 1ереноситси параллельным обратным 60 кодом через блок схем совнадення 18 в регистр 19, а триггер 20 устанавливается в едипипу и разре нает г оступление импульсов тактовой частоты 1-2 на входы регистра 19 и счетчика 13 через схему совпадення 21 до занол65 нения регистра 19.

При этом на вход счетчика 13 в начале цикла будет введено последовательным кодом дополнительно к импульсам f. число импульсов, равное остатку предыдущего периода.

По заполнении регистра 19 оперативной памяти триггер 20 сбрасывается в нуль и запрещает поступление импульсов а на вход счетчика 13. С вы.кода счетчика 13 импульсы,

соответствующие К 7.Г, непрерывно поступают на вход 5-го разряда счетчика 8 (при пв 9) синхронно с тактовой частотой р2 дополнительно к импульсам тактовой частоты FI. При этом переполнение счетчика 8 происходит раньще и скважность импульсного напряжения на выходе триггера 10, а также среднее значение напряжения за период на выходе балансного фильтра 12 изменяется пропорционально числу импульсов, поступающих на вход преобразователя. Временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя в этом режиме, приведены на фиг. 36.

Одним из основных параметров цифро-аналогового устройства извлечения квадратного корня является период колебания выходного триггера 10, определяющий цикл работы узлов 3, 5, 6.

Его зависимость от тактовой частоты и емкости счетчика 9 может быть выражена так

Т Т г . 2 ) ,

«ых - 1 у

где Тт - период тактовой частоты.

Период колебания выходного триггера ограничивает диапазон преобразуемых частот снизу. Минимальная частота быть найдена из условия, что за период Тд,„ в счетчик 13 занишется хотя бы один импульс этой частоты, т. е.

Т 7 - Т т 9

-v,,,,v ВЬ1Х - т .

-шах

ИЛИ

-Imiii

/выхДругим важным параметром является емкость счетчика 13. От емкости этого счетчика зависит верхняя граница диапазона преобразуемых частота - /.

За время в счетчик 13 до его переполнения может быть записано ( - 1) импульсов, соответственно период максимальной преобразуемой частоты (с учетом 1) будет равен

тт о

Г - выхJ -f 2

v-. : .

i 2«.з -1 2 -1

ИЛИ .Fy ( -1)

2.

при «13 «9, х„,, FT , НО так как поступает на вход счетчпка 13 спнхронно с тактовой частотой, то необходимо выполнение ус овия/,„, Fr .

Относительный днаназон нреобразуемых частот равен

Х„-

2 «13 - 1.

-Siiiii

Для смещения диапазона преобразуемых частот в нижнюю или верхнюю область необходимо соответственно уменьщить или увеличить тактовую частоту.

Как видно из описания работы устройства, числа разрядов счетчика 14 н 8 выбирается равным Пц «13 - 1; у - 1, а «э желательно выбирать равным /г|з, так как уменьшение числа разрядов Ид п соответственно tis (Ч привело бы к сужению диапазона в области низких частот.

С другой стороны, для преобразования

числа импульсов, соответствующих) f., достаточно емкости счетчика, равной V , поэтому, с целью повыщения крутизны выходной характеристики преобразователя 4, импульсы с выхода счетчика 13 подаются на вход пятого разряда счетчика 8.

Число разрядов счетчика остатков 15 и регистра 19 оперативной памяти выбирается из расчета максимально возможного остатка.

Например, при iiiz Ю и максимальной преобразуемой частоте остаток будет составлять 62 импульса. В этом случае достаточно

5 выбрать /2,15 19 6.

П р е д м е т л з о б р е т е н н я

Цифро-аналоговое устройство для извлечения квадратного корня, содержащее генератор тактовых импульсов и блок формирования корня квадратного з числа импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышенпя точностп, в ycTpoiicTBo введены счетчик остатков,

5 регистр оперативно памяти, преобразователь число-и.мпульсного кода в напряжение н схема синхронизации, входы которой подключены к входу устройства п первому выходу генератора тактовых импульсов, причем первы: |

50 вход блока формирования корня соедннсп с выходом схемы cinixpouiiaauHH и первым входом счетчпка остатков, а второй вход подключен к выходу регистра онсратпвной памяти, счетный вход которого соединен с выходом

55 счетчика остатков, подключенного своим вторым входом к выходу блока формирования корня 1 входу преобразователя чнсло-пмпульсного кода в напряжение, тактовьп вхол которого соединен с вторым выходом гснср; 0 тора тактовых импульсов, а второй выход генератора подключен к тактовому входу регистра оперативной памяти.

г 2

%в

1 I I I I I i I I I I I I I . I I I М I i I