Устройство для извлечения корня Советский патент 1980 года по МПК G06F7/38 

Изобретение относится к вычислитель ной технике и может найти применение в информационно-измерительных и управляю щих системах для возведения в п -ю степень и извлечения корня п -и степени из сигнала в виде частоты следования импульсов. Известно устройство для возведения в степень и извлечения корня из сигнала в виде параллельного кода, содержащее делители частоты, регистры, счетчи ки н схемы переноса кода i Однако это устройство имеет ограниченное применение для работы только с входной и выходной информацией в виде параллельного кода и обладает низкими показателями по быстродействию. Известны также устройства для возведения в степень и извлечения корня из сигнала в виде число-импульсного кода, содержащие счетчики-делители, регистры схемы переноса кода, счетчики 2 Однако эти устройства позволяют работать только с сигналом в виде число-импульсного кода с выдачей информации в виде параллельного кода и обладают ограниченным быстродействием. Наиболее близким техническим решением является частотно-импульсное устройство для извлечения квадратного корня, содержащее два делителя частоты, () последовательно соединенных управляемых делителей частоты (п -показатель степени), счетчик, управЛ5гющий счетчик, регистр, группы элементов И и блок управления, причем выход генератора опорной частоты подключен ко входам двух делителей частоты, выходы разрядов управляющего счетчика соединены с ин(юрмационными входами элементов И первой группы, вьрсоды которьк подключены ко входам регистра, выходы которого соединены с информадисжньгми входами элементов И второй группы, выходы котсчэых подключены ко входам разрядов счетчика, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен со входной шиной

устройства, а выходы блока управления подключены к входам обнуления делителей частоты, регистра и управляющего счетчгша, к установошгым входам управляющих делителей частоты и управляющим входам элементов И первой и второй групп .

Однако это устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, позволяя производить только операцию извлечения квадратного кърня над сигналом в виде частоты следования импульсов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, заключающихся в возмояшости вычисления степенных значений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство Дополнительно содержит г -и управляемьш делитель частоты, элемент И и переключатель с пятью замыкателями на два Положения, причем вход П -го управляемого делителя частоты подключен к выходу (г -1) го управляемого делителя частоты, информационный вход элемента И соедионен с выходом первого делителя частоты, а выход - со входом счетчшш, вход первого управляемого делителя частоты соединен с выходом первого замыкателя переключателя, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй с выходом второго делителя частоты, вход управл$1ющего счетчика подключен к выходу второго замыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход - к выходу ().го управляемого делителя частоты, выходная щ{ша устройства пошслючена к выходу третьего замьшателя переключателя, первый вход которого подключен к выходу п -го управляемого дели-, теля частоты, а второй вход - к выходу счетчика, управляющие входы г управляемьк делителей частоты подключены к выходу четвертого замыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходам разрядов регистра, а второй вход - к выходам разрядов управляющего счетчика, режимный вход устройства подключен к входу пятого замыкателя переключателя, два выхода которого подключены к третьему и четвертому входам блока управления, установочный вход п-го управляемого делителя частоты и управляющий вход элемента И подключены к выходам блока управлвне1я.

Ма чертеже изображена блок-схема стройства.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, два неуправляемых делителя 2 и 3 частоты, о последовательно соединенных управляемых делителей 4-6 частоты, управляющий счетчик 7, группы элементов И 8 и 9, регистр 10, счетчик 11, элемент И 12, блок 13

управления и перекшочатель с пятью замьаштелями 14-18 на два положения каждый.

Выходы блока 13 управления подключены следующим образом; выход 19 к

управляющему входу элемента И 12; выход 20 к управляющему входу группы элементов И 9; выход 21 к входу обнуления регистра 10; выход 22 к управляющему входу группы элементов И 8; выход 23 к входам обнуления управляющего счетчика 7 и делителей 2 и 3 частоты; выход 24 к установочным входам управляемых делителей 4-6 частоты н счетч1жа 11. Входы блока 13 управления подключены к входной клемме f .. , к выходу счетчика 11 и к выходам пятого замыкателя 18. Выход генератора 1 подключен к входам делителей 2 и 3 и через первый замыкатель 14 - к счетному входу управляемого делителя 4 частоты, к которому через замыкатель 14 подключен также выход делителя 3. Выход делителя 2 через элемент И 12 подключен к счетному входу счетч 1ка 11

и- через второй замыкатель 15 - к счетному входу управляющего счетчика 7, который через замыкатель 15 подключен также к выходу (п -1)-го делителя 5, Выходы разрядов управляющего счетчика

7 подключены через третий замыкатель 16 к объединенным входам управляющих входов управляемых делителей 4-6 частоты. Вторые входы замыкателя 16 подключены к выходам разрядов регистра 1О,

которые через группу элементов И 9 подключены к входам разрядов счетчика 11, выкод которого подключен через четвертый замыкатель 17, второй вход которого подключен к выходу п -го делителя 6, к выходной клемме устройства igy. Выходы разрядов управляющегчэ счетчика 7 подключены также через группы элементов И 8 к входам разрядов регистра 1О.

Устройство работает следующим образом.

Устройство обладает обратимостью и может работать как в режиме возведения в п степень, так и в режиме извлечения корня п -и степени из входного сигнала, представленного частотой сггедования импульсов. При этом используется одно и то же оборудование. Изменение режим производится с помощью переключателя на два полонсения. При положении 1 пят замыкателей 14-18 обеспечивают работу устройства в режиме возведения в П -ю степень. При положении И переключателя устройство работает в режиме извлечению корня п -и степени. Рассмотрим работу устройства в реж ме возведения в п -ю степень. Последовательностью работы блоков устройства управляет блок 13, на вход которого поступает входная последовательность импульсов с частотой следования f х . Сигналом с выхода 1 замыкателя 18 блок 13 управления переключается на управление в режиме возведения в степень. При поступлении каждого импульса входной частоты t х блоке 13 формируются сигналя управления, последова тельно производящие следующие операции: обнуление регистра Ю сигналом на выходе 21, открывание группы элементов И 8 сигналом на выходе 22, обнуление счетчика 7 и делителей 2 и 3 частоты сигналом на выходе 23 и запис в управляемые делители 4-6 частоты на чального кода 2 - 1 , где m - число разрядов счетчика, сигналом на выходе 24, После этого начинается очередной такт работы устройства до прихода следующего импульса входной частоты f т. е. длительностью в текущий период Tj входной частоты. С выхода генерато ра 1 на вход делителя 2 и через замыкатель 14 на вход делителя 4 частоты поступают импульсы вьюокой опорной частоты i Q. В делителе 2 эта частота делится на посто5шнь й коэффициент деления К, выбираемый из соображения требуемой точности и коэффициента пропорциональности выходного сетнала. Импуль сы частоты is с выхода делителя 2 поступают через замыкатель 15 на счетный вход обнуленного управляющего счетчика 7 (на вход счетчика 11 импуль сы не проходят, так как элемент И 12 закрыт). Эти импульсы суммируются в счетчике 7 на интервале времени,, равном текущему периоду 1 , так как обнуле ние счетчика 7 происходит по каждому идтульсу входной частоты у, .В момент очередного обнуления в счетчике 7 будет число vT пропорциональное текущему периоду входной часготы. Код этого числа перед обнулением счетчика 7 переписывается через группы элементов И 8 в очищенный регистр Ю, где хранится до прихода следующего импульса входной частоты. Управляемый делитель 4 частоты работает в режиме деления частоты { на коэффициент деления, находящийся в регистре 10..На выходе делителя 4 образуется последовательность импульсов, следующая с частотой f -, j to V Н, Аналогично работают и остальные делители 5-6 . На выходе второго делителя . образуется частота следования импульсов f - ij/ f2. а,,с fo На выходе п -го делителя 6 образуется частота следования импульсов .-..-n,. е. пропорциональная п -и степени входной частоты. Эта частота через замыкатель 17 поступает на выход устройства. Таким образом, за время Т одного периода входной частоты на выходе устройства образуется последователь ность импульсов, частота следования которых пропорциональна п -и степени входной частоты t j . Рассмотрим работу устройства в режиме извлечения корня п -и степени. В этом режиме переключатель устанавливается в положении 11. Последовательность работы блока управления от предыдущего режима отличается тем, что сиг- налы с выхода 24 устанавливают в положение 2 - 1 также счетчик 11, после чего сигналом с выхода 19 открывается элемент И 12, через который импульсы частоты PQ начинают поступать на счетный вход счетчика 11. По импульсу, поступающему с выхода счетчика 11 на вход блока 13 управления, открывается сигналом на его выходе 2О группа элементов И 9 и в счетчик 11 записывается обратный код N- числа в регистре 10, т. е. счетчик 11 работает в режиме деления частоты FQ на коэффициент делеия, находящийся в регистре 10. Если же омент обнуления регистра совпадает с мпульсом на выходе счетчика 11, то во збежание записи в счетчик ложного нулеого кода перезапись кода в счетчик 11 адерживается. В рюжкме извлечения корни п -и стеени импульсы опорной частоты f посту- пают на вход цепочки управляемых делит лей частоты , в которых она посла™ довательно делится на переменное число л,к() вносимое в них в обратном коде иа управляющего счетчика 7. Частота следования импульсов на выхГоде первого делителя 4 будет равна ,,кt) текущее значение кода в счетчика 7 в режиме извлечения корня. Частота следования импульсов на выходе (п -1)-го делителя 5. через замыкатель 15 поступает на счетный вход управляющего счетчика 7, где они интегрируются на временном интервале, равном текущему периоду Тх входной час тоты. Число импульсов в счетчике 7 будет определяться по зависимости 4 Ы (t) .di( „, ott. АЛ i Решая это уравнение, относительно Д,к. 1 t-T момента окончания текущего периода, получаем .f .-Т,, .откуда Ы , А,,,Хт. е. в момент окончания текущего периода Т в управляющем счетчике 7 образуется число (,K пропорциональное корню п -и степени из текущего периода Т/. Код числа Ы « переписы вается через группу элементов И 8 в очищенный регистр 1О и является коэффициентом деления счетчика 11, на кото рый делится частота F о импульсов, поступаюидих на счетный вход счетчика 11 Частота следования импульсов на выходе счетчика 11 будет равна io f о .to JL-Ь Пг. Д,к- W .O/ т. е. пропорциональная Корню п -и степени их входной частоты. При выборе получим ft 4 , уменьшением К можно увеличить коэффициент пр порциональности выходной частоты, а вместе с ней и точность вычислений. Вр мя формирования выходной частоты равн текущему периоду входной частоты. Таким образом, устройство позволяет используя одно и то же оборудование за счет изменения связей между блоками, существенно расширить функциональные возможности устройства, обеспечивая ра боту как в режиме возведения в степен так и извлечения корня из частотно-импульсного входного сигнала. Устройство обладает высоким быстродействием, так как выходной сигнал формируется за вре я одного периода входной частоты, прием мгновенное значение выходной частоы не имеет флуктуации относительно реднего значения частоты. Эти преимущества позволяют расширить область применения устройства в динамических быстропротекающих процессах с частотйоимпульсной информацией. Формула из обретения Устройство для извлечения корня, содержащее генератор опорной частоты, два делителя частоты, (о -1) последователь- но соединенных управляемых делителя частоты ( п - показатель степени), счетчик, управляющий счетчик, регистр, группы элементов И и блок управления, причем выход генератора опорной частоты подключен ко входам двух делителей частоты, выходы разрядов управляющего счетчика соединены с информационными входами элементов И первой группы, выхо- ды которых подключены ко входам регистра, выходы которого соединены с информационными входами элементов И второй группы, выходы которых подключены ко входам разрядов счетчика, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен со входной шиной устройства, а выходы блока управления подключены к .входам обнуления делителей частоты, регистра и управляющего счетчика, к установочным входам управляющих делителей частоты и управляющим входам элементов И и второй групп, отличающееся тем, что, с целью расшире- ния функциональных возможностей, заключающихся в возможности вычисления степенных значений, устройство содержит П й управляемый делитель частоты, элемент И и переключатель с пятью замыкателями на два положения, причем вход го управляемого делителя частоты Подключен к выходу (п-1) -го управляемого делителя частоты, информационный вход элемента И соединен с выхо- дом первого делителя частоты, а выходсо входом счетчика, вход первого управляемого делителя частоты соединен с выходом первого замыкателя переключателя, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй - с выходом второго делителя частоты, вход управляющего счетчика подключен к выходу второго замыкателя переключателя, первый вход которо- , го подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход - к. выходу ( п -го управляемого делителя часто-. ты, выходная шина устройства подключена к выходу третьего замыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходу г -го управляемого делителя частоты, а второй вход - к выходу счетчика, управляющие входы п управляемых делителей частоты подключены к выходу четвертого замыкателя переклю чателя, первый вход которого подключен к выходам разрядов регистра, а второй вход - к выходам разрядов управляющего счетчика, режимный вход устройства подключен к входу пятого замыкателя переключателя, два выхода которого -подключены к третьему и четвертому входам блока управления, установочный вход -го делителя частоты и управляющий вход элемента И подключены к выходам блока управления. Источники информации, приянтые во внимание при экспертизе 1.Карпов Р. Г. и др. Некоторые ме- тоды обработки ци(|чэовой информации. В кн, Вычислительная техника . Минск Наука и техника , 1965, с. 283. 2.Мельников А, А. и др. Обработка частотных и временных импульсных сярналов. М., Энергия, 1976, с. 91-95. 3.Авторское свидетельство СССР № 605212, кл. G 06 Г 7/38, 04.10.76 (прототип).