Цифровой кусочно-линейный аппроксиматор Советский патент 1977 года по МПК G06J3/00 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано ДЛЯ выполнения функциональных преобразований в различных цифровых системах обработки информации.

Известно устройство для кусочно-линейной аппрокскмадии функций, содержащее два последовательно соединенных регистра, цифроаналоговые преобразователи, интегратор, элемент задержки, регистр, блок умножения и блок установки в нулевое состояние 1.

Наиболее близким техническим решением задачи является устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со стробируемыми выходами регистра текущего значения функции и входом счетчика, выход которого соединен со входом дешифратора пороговых значений аргумента 2.

Недостатками этих устройств являются низкое быстродействие и ограниченные функциональные возможности. Повышение их быстродействия возможно только за счет увеличения частоты следования импульсов

генератора тактовых импульсов или уменьшения точности аппроксимации.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены шифратор конечных разностей второго порядка, первый и второй сумматоры, регистр текущего значения приращения и элемент ИЛИ. Выход дешифратора пороговых значений аргумента соединен через элемент ИЛИ со стробируемыми входами регистра текущего значения приращения и входом шифратора конечных разностей второго порядка, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра текущего значения приращения, а выход -со входом этого регистра, выход которого соединен со входом второго сумматора, соединенного входом с выходом устройства, а выходом - со входом регистра текущего значения функции, выход которого соединен с выходом устройства. Каждый из разрядов текущего значения функции и регистра текушего значения прирашения содержит потенциальный сумматор, выход которого соединен с первым входом первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены с первыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ соответственно, j4 -триггер, j - входы которого соединены с выходами второго и третьего элементов И-НЕ, к-входы - с выходами первого и четвертого элементов И-НЕ, инверсный выход - с первым входом первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ, а прямой выход - с первым входом второй группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со вторым входом потенциального сумматора

Вторые входы первого и третьего элементов И-НЕ и второй вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены шиной Суммирование, а вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ и второй вход 29 второй группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены шиной Вычитание. Первый вход потенциального сумматора соединен с соответствующим поразрядным выходом устройства, а выход переноса - с входом следую- 25 шего разряда.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового кусочно-линейного аппроксиматора; на фиг. 2 - разряд регистра и сумматоров текущего значения функций и текущего зна- 30 чения приращений, регистр текущего значения функции 1, второй сумматор 2, регистр текущего значения приращения 3, генератор тактовых импульсов 4, элемент ИЛИ 5., первый сумматор 6, шифратор конечных разностей второго порядка 7, дещифратор пороговых значений аргумента 8 и счетчик квантов аппроксимации 9. Один разряд регистров и сумматоров текущего значения функции и текущего значения приращения (фиг. 2) содержит потенциальный сумматор 10, четыре элемента И-НЕ 11-14 jk - триггер 15 и элементы И-ИЛИНЕ 16. Цифровой кусочно-линейный аппроксиматор работает следующим образом. Значение аппроксимированной функции f(j кусочно-линейный аппроксиматор формирует в соответствии со следующей формулой: f(i)I(a,-a,f(k))afM(i) где i - текущее значение аргумента функции, для которого формируется значение функции; С1| - пороговое значение аргумента, при котором меняется значение приращения функции или его знак .; m - номер порогового числа квантов ап- проксимашш, при котором (при К 0,(.,) о).

Af(k)--nf(k4)(k) (з)

j.- значение предыдущего приращения функции с учетом его знака.

Абсолютные значения конечных разностей второго порядка изменяются, как правило, незначительно от годного порогового значения аргумента к другому, поэтому небольшой ряд фиксированных значений конечных разностей второго порядка позволяет за период опорной частоты генератора тактовых импульсов по предыдущим значениям конечных разностей первого порядка формировать их новые значения с помощью достаточно простых схем.

Перед началом формирования значения аппроксимируемой фу1ЕГкции для -го значения аргумента регистры 1 и 3 устанавливаются в начальное состояние, а счетчигк Приращение функции представляет собой конечную разность первого порядка ,од.. ( которая в интервале изменения аргумента (a| остается величиной постоянной и изменяется при переходе от одного интервала изменения аргумента 4 к другомуу т.е. изменяется при пороговом значении числа квантов аппроксимации а . Новые значения приращений аппроксимируемой функции можно формировать, учитывая изменения конечных разностей второго порядKaA Af(k) и их знак квантов аппроксимации 9 - в нулевое состояние. Начальное значение приращения из регистра 3 подается по первому входу сумматора 2, по второму входу которого подается информация с выхода регистра 1. В исходном состоянии с выхода сумматора 2 по информационному входу регистра 1 подается сумма начального значения функции с ее приращением, т.е. значение функции для 1. При поступлении по стробируемътм входам регистра 1 стробирующего импульса это значение функции фиксируется на регистре 1, после чего снова подается по вторым входам сумматора 2, на выходе которого формируется очередное значение аппроксимируемой функции для i 2. Это значение при втором стробирующем импульсе фиксируется на регистр 1 и т.д. Таким образом, цифровой кусочно-линейнъШ аппроксиматор представляет собой схему параллельно-последовательного действия, которая формирует за каждъгй такт работы текущее значение функции, изменяя его на приращение. Текущее -начение приращения формируется следующим образом. Стробирующие импульсы от генератора тактовых импульсов . 4 поступают на стро- бируемый вход счетчика квантов аппроксимации 9, ка котором они накапливаются. Дешифратор пороговых значений аргумента 8 после накопления на счетчике квантов аппроксимации 9 числа импульсов, равного первому пороговому значению аргумента а, выдает разрешающее напряжение на соответствующую входную шину шифратора ко- нечных разностей второго порядка 7 и вход элемента ИЛИ 5. С выхода шифратора 7 значение конечной разности второго порядка подается на первый вход сумматора 6, По его второму входу из регистра текущего значения приращения функции 3 подается начальное значение приращения. В результате с помошью сумматора 6 на информационные входы регистра 3 подается новое зна чение приращения функции, которое фиксируется на нем стробирующим импульсом, формируемым элементом ИЛИ 5 в соответствии с разрешающим напряжением, выдава емым дешифратором пороговых значений аргумента 8. Новое значение приращения функ ции сохраняется на регистре 3 до момента накопления счетчиком квантов аппроксимации 9 числа импульсов, равного очередному пороговому значению аргумента, и описанный цикл формирования требуемого значения приращения повторяется. При накоп лении счетчиком квантов аппроксимации 9 кода аргументов на регистре 1 формируется значение функции, соответствующее коду аргумента. Формирование текущего значения функции и текущего значения приращения при измерении аргумента от J -го к ( +1) - му значению в предлагаемом цифровом кусочнолинейном аппроксиматоре осуществляется за один такт. В зависимости от знака приращения функ ции реализуются операции рекурсивного сум мирования и вычитания. При выполнении опе рации суммирования (приращение имеет знак плкх:) на шине Суммирование имеется высокий потенциал, а на щине Вычитание - низкий. В результате с элемента И-ИЛИ-НЕ 16 на второй вход потенциального сумматора 10 подается прямой код текущего значения функции (приращения, за фиксированный Jk - триггером 15 регистр 1 (приращения З). По второму входу разряда сумматора 10 подается код соответствующего разряда приращения функции (конечной разности второго порядка), при этом на выходе этого сумматора формируется значение их суммы и через открытые элементы И-НЕ- 11-12 подается на логические входы j и k jk -триггера 15, где оно фиксируется стробируюшим импульсом Ср . Для операции вычитания используется искусственный прием, при котором берется обратный код уменьшаемого, складывается с первым кодом вычитаемого, и полученный результат берется в прямом коде. При выполнении операции вычитания (приращение имеет знак минус) потенциалы на шинах Суммирование и Вычитание меняются, в результате по второму входу сумматора 10 подается информация, зафиксированная Jk - триггером 15 через элементы И-ИЛИ-ЯЕ 16, в обратном коде. С помошью сумматора 10 формируется сумма, которая через открытые элементы И-НЕ 13 и 14 подается в обратном коде на логические входы jk - триггера и фиксируется на нем стробируюшим импульсом. Аналогично работают все последующие разряды, причем при получении на разряде сумматора 10 единицы старшего разряда осуществляется ее перенос по выходу Сх , а перенос от младшего разряда производится по входу CK . Изобретение позволяет значительно повысить быстродействие, не уменьшая точ ность аппроксимации и расширить круг решаемых задач. Формула изобретения 1. Цифровой кусочно-линейный аппроксиматор, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со стробируемыми входами регистра текущего значения функции и входом счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора пороговых значений аргумента, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и расширения функциональных возможностей в него введены шифратор конечных разностей второго порядка, первый и второй сумматоры, регистр текущего значения прирашения и элемент ИЛИ, причем выход дещкфратора пороговых значений аргумента соединен через элемент ИЛИ со стробируемыми входами регистра текущего значения приращения и входом шифратора конечных разностей второго порядка, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра текущего значения приращения, а выход - с входом регистра текущего значения приращения, выход которого соединен с входом второго сумматора, соединенного своим входом с выходом устройства, а выходом-со

входом регистра текущего значения функции, выход которого соединен с выходом устройства.

2. Цифровой кусочно-линейный аппроксиматор по п. 1, отличающийся

тем, что каждый из разрядов регистра те- кутего значения функции и регистра текущего значения приращения содержит потенциальный сумматор, выход которого соединен с первым входом первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены с первыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ соответственно, jk -триггер, j входы которого соединены с выходами второго и третьего элементов И-НЕ, k-входыс выходами первого и четвертого элементов И-НЕ, инверсный выход - с первым входом первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ, а прямой выход - с первым входом второй группы входов И элемента И-

ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со вторым входом потенциального сумматора; при чем вторые входы первого и третьего элементов И-НЕ и второй вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены щиной Суммирование, а вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ и второй вход второй группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены щиной Вычитание ; первый вход потенциального сумматора соединен с соответствующим поразрядным выходом устройства, а выход переноса-с входом следующего разряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство №378881, G Об J З/ОО от 02.08.1971 г.

2.Авторское свидетельство №247642, G 06 G 7/28 от 25.01.68 г. (прототип).

Суммироёание

Г

J ,4Ф-

вычитание

Выход

хг

Фиг. 2