Устройство для вычисления тригонометрических функций Советский патент 1977 года по МПК G06F15/34 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для воспроизведения функциональных зависимостей в управляющих системах и специализированных вычислительных машинах.

Известно цифровое устройство для вычисления элементарных функций, содержащее реверсивный счетчик, дешифратор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, коммутатор коэффициентов деления, собирательные схемы и триггер знака, задающий режим работы счетчика 1. В устройстве реализуется метод линейной аппроксимации кривых элементарных функций в дискретной форме, причем количество линейных участков аппроксимации зависит от требуемой точности воспроизведения функции.

Недостаток этого устройства - большие аппаратурные затраты, обусловленные сложностью таких блоков, как управляемый делитель, коммутатор и дешифратор, так как в устройстве реализуются операции определения момента времени перехода с одного участка аппроксимации на другой и ввода в этот момент времени в управляемый делитель соответствующих угловых коэффициентов.

Известно также наиболее близкое по техническому решению к изобретению устройство для вычисления тригонометрических функций 2, содержащее двоичный счетчик, два элемента задержки, три элемента И и три сумматора, причем вход зстройства соединен с первым входом первого сумматора, первым входом первого элемента И и через первый элемент задержки с первым входом второго сумматора, первым входом второго элемента И и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и через счетчик к второму входу второго элемента И. Выход второго элемента И подсоединен к второму входу второго сумматора и второму входу первого сумматора, выход второго сумматора - к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом третье сумматора, выходом подключенного к второму входу третьего элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора.

Недостатками этого устройства являются большой объем оборудования и сложность устройства, поскольку для вычисления тригонометрических функций по разложению в ряд, содержащий три члена, используется счетчик, четыре сумматора и регистр, кроме того, требуются еще и дополнительные блоки для ввода начальных условий в сумматоры и регистр; малое быстродействие, так как для обработки каждого входного импульса затрачивается четыре такта работы устройства. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его быстродействия. Для этого в устройство введена пересчетная схема, вход которой соединен с выходом второго элемента задержки, первый выход подключен к второму входу третьего сумматора, а второй выход - к четвертому входу первого сумматора. , Схема предлагаемого устройства представлена на чертеже. Она содержит счетчик 1, сумматоры 2, 3 и 4, лересчетную схему 5, элементы И 6 и элементы 7 задержки. Через элементы И 6 соединены выходы счетчика 1 и вход сумматора 2, выход сумматора 2 и вход сумматора 3, выход сумматора 3 и вход сумматора 4 соответственно. Входная шина 8 устройства соединена с входом сумматора 4, управляющим входом элемента И 6 и входом первого элемента 7 задержки, выход которого подключен к входу сумматора 2, входу второго элемента 7 задержки и управляющему входу элемента И 6, выходами связанного также с входом сумматора 4, к другому входу которого подключен выход пересчетной схемы 5. Выход второго элемента 7 задержки соединен с входом счетчика 1, управляющим входом элемента И 6 и с входом пересчетной схемы 5, выход которой подключен к входу сумматора 3. Начальное состояние счетчика 1, сумматоров 2, 3 - нулевое, а у сумматора 4 - единицы во всех разрядах. Пересчетная схема 5 представляет собой счетчик, осуществляющий деление количества входных импульсов на коэффициенты 6 и 12. Передача кодов со счетчика 1 на сумматор 2 осуществляется со сдвигом на один разряд влево (проводится умножение на коэффициент 2), с сумматора 2 на сумматор 3 - по каждому разряду соответственно, с сумматора 3 на сумматор 4 - со сдвигом на один разряд вправо (умножение на коэффициент 1/2) и со счетчика 1 на сумматор 4 - со сдвигом на 2л разрядов влево (умножение на 2). На входную шину 8 устройства поступает последовательность импульсов, код суммы которых (х-2) накапливается в «-разрядном счетчике 1. В 2/г-разрядном сумматоре 2 накапливается код величины 5, 5J-fsГ 2() ; Q X 2-2 + X 2-2 - X 2-2. в Зл-разрядном сумматоре 3 накапливаются код величины 5, 5 + (f + 2).2-3 (2. 4- Зл + ) + л j. 2-з« : - (4л; + 6л; -f 4л;) 2-. По входам сумматора 4 накапливаются величины TS -(), л - - -1- . - - х-2- 22 12 24 53-2-2- - 2 1Г 0 oIV VI 1 . 0-2/7 . 0-2л4 J3 22 сумма которых равна ,..3 + 5- + 53 + . Учитывая начальное значение кода в сумматоре 4, которое равно единице, получим код величины у2у4 1 + --f 2 24 которая представляет собой три члена разложения в ряд гиперболического косинуса ch(x) l-}- + + ... 2 4 При вычислении косинуса, три члена разложения которого в ряде имеют вид cos(x) 1 - j - i - -7 IT ° счетчика 1 передается через элемент И 6 на вход вычитания сумматора 4, к другому входу вычитания которого подключена входная шина 8 устройства, чем и обеспечивается вычисление величин ...X - 1(yZ v-Ч 5 - 2 i - - 2-2Я, 5 -2 4-2- 1. . 0-2л 2 Основным преимуществом изобретения является упрощение схемы устройства за счет исключения из схемы одного сумматора, регистра и блоков ввода начальных условий, а акже повышение быстродействия устройства благодаря сокращению количества тактов работы. Важным фактором при построении специализированных устройств и особенно управляющих устройств, работающих в реальном масштабе времени, является получение высокого быстродействия при небольших аппаратурных затратах. Этим требованиям вполне отвечает предлагаемое устройство, которое бладает существенными преимуществами по равнению с известными устройствами для ычисления тригонометрических функций. Формула изобретения Устройство для вычисления тригонометриеских функций, содержащее двоичный счетчик, два элемента задержки, три элемента И и три сумматора, причем вход устройства соединен с первым входом первого сумматора, первым входом первого элемента И и через первый элемент задержки с первым входом второго сумматора, первым входом второго элемента И и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и через счетчик к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и вторым входом первого смматора, выход второго сумматора подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него дополнительно введена пересчетная схема, вход которой соединен с выходом второго элемента задержки, первый выход подключен к второму входу третьего сумматора, а второй выход - к четвертому входу первого сумматора.

Источники Л1нформации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Воронов А. А. и др. Цифровые аналоги для систем автоматического управления. М., Изд. АН СССР, 1960, с. 120.

2.Авт. св. N° 302716, кл. G 06F 7/38, 1971.