Цифровой кубический интерполятор Советский патент 1981 года по МПК G06F17/10 G06F17/17 

(54) ЦИФРОВОЙ КУБИЧЕСКИЙ ИНТЕРПОЛЯТОР

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к интерполяторам, и может быть использовано в системах автоматического управления.

Известен параболический интерполятор аналогового типа, содержащий два управляемых генератора тока, два интегрирующих конденсатора, входной ключ и ключ обратной связи, два запоминающих конденсатора, усилитель напряжения, повторитель смещения и два дополнительных управляемых генератора тока 1.

Недостатком интерполятора является низкая точность интерполяции.

Известен также линейно-круговой интерполятор, содержащий устройство ввода данных, постоянное запоминающее устройство, блок задания скорости, решающий блок, выполненный на четырех двоичных умножителях, устройство управления, четыре двоичных умножителя и два сумматора 2..

Однако этот интерполятор также имеет низкую точность интерполяции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому . эффекту является вычислительное устройство, выполняющее функции интерполятора, содержащее цифровой блок памяти, адресный управляющий блок, блок ввода, сумматор, блок управления, адресные счетчики и регистры 3 .

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно восстанавливает сигналы, для которых третья производная не равна нулю, с методо10логической погрешностью, не позволяет повысить точность и надежность работы устройства.

Цель изобретения - повышение точности интерполятора и расширение 5 функциональных возможностей цифрового кубического интерполятора.

Поставленная цель достигается тем, что в интерполятор, содержащий последовательно соединенные синхро20низатор, задатчик кодов и блбк сдвиговых регистров, второй вход которого подключен к второ му выходу синхрони-г затора, соединенного третьим, четвертым и пятым выходами с первыми

25 входами соответственно накапливакядего сумматора, блока возведения в куб и блока возведения в квадрат, выход которого подключен к первому входу первого комбинационного сумматора 30 введены второй комбинационный суммагор, последовательно соединенные третий комбинационный сумматор и преобразователь кода, а также комбинационный блок, первый, второ и третий выходы которого подключены к вторым входам соответственн накапливающего сумглатора, блока воз ведения в куб и блока возведения в квадрат, а входы - к выходам -блока сдвитоиых регистров, соединенного одним из выходов с первым входом ВТ рого комЬннлиионного сумматора,выхо которого подключен к выходу интерполятора, а второй вход - к выходу комбинационного сумматора, соединенного вторым входом с выходом преобразователя кодов, а входы третьего комбинационного сумматора подключены к выходам накапливающего сумматора и блока возведения .в куб Крометого, комбинационный блок содержит последовательно соединенные первый вычитатель, четвертый, пятый и шестой комбинационные сумматоры, последовательно соединенные второй третий и четвертый вычитатели и последовательно соединенные пятый выч татель и седьмой комбинационный, сум матор, выход которого подключен к второму входу шестого комбинационно го сумматора, а второй вход - к вто рым входам четвертого и пятого комбинационных сумматоров и первому входу шестого.вычитателя, соединенного выходом с вторым входом четвер того вычитателя., а вторым входом - с выходом пятого вычитателя, входы первого, второго и пятого вычитателей соединены с соответствующими входами блока, выходы шестого комбийационного сумматора, третьего и ч.етвертого вычитателя соединены соответственно с первым, третьим и вторым выходами блока, а второй вход третьего вычитателя подключен к выходу первого вычитателя. На фиг.1 изображена схема кубического интерполятора; на фиг.2 схема комбинационного блока. Цифровой кубический интерполятор содержит задатчик 1 кодов, блок 2 сдвиговых регистров, синхронизатор 3v блок 4 возведения в куб, накапливающий сумматор 5, блок б возведе ния в квадрат, первый комбинационый сумматор 7, комбинационный блок 8, третий комбинационный сумматор 9, преобразователь 10 кода, второй комбинационный сумматор 11 и выход 12 интерполятора. Комбинационный блок 8 (фиг.2) содержит первый вычитатель 13, четвертый комбинационный сумматор 14, третий 15, второй 16 и шестой 17 вычитатели, седьмой 18, пятый 19 и шестой 20 комбинационные сумматоры и пятый 21 и четвертый 22 вычитатели. Интерполятор работает следующим образом. Формула вычисления значения функции меж.ду интерполяционными узлами . может быть записана ё следующем виде: f f &jsL s +тт где f - значение функции в момент времени -ь ; ,1, 2 .. .2 - номер позиции между интерполяционными узлами, в которой производится вычисление значения функции f| ; , -if.2 -bf-o, ) Af.ij C 2Af., +2(uf., +uf.2) + ( u, f.- +4f-J . Значение процесса в интерполяционных узлах от задатчика 1 поступает на вход блока 2 (т.е. значение поступает на вход первого регистра и далее по мере поступления новых значений продвигается во второй,третий и четвертый регистры). Кодовые комбина.ции с выхода блока 2 подаются на входы блока 8/ т.е. на входы вычитателей 13, 16 и 21, на выходах которых образуются соответственно вели- чины f. , и is, f-o, . На выходе вычитателя 22 получается выражение О , на выходе вычитателя 15 - разность t) . Для получения величины с выхода сумматора 19 подается на вход сумматора 20 со сдвигом на -один разряд в сторону старших разрядов. На выходе сумматора 20 образуется величи.на, соответствующая с . В силу того, что по мере удаления от интерполяционного узла в точке t. ., , к узлу в точке t увеличение k производится постепенно, то процедура умножения значения с на tt организо- вана на сумматоре 5, на вход которого подаются кодовые Комбинации с выхода сумматора 20. Умножение Ь на k в третьем члене формулы для f, производится в блоке 6, работающем в соответствии с соотношением (.). Блок б.выполнен , например, двух последовательно соединенных накапливающих сумматоров . Для умножения а на используется блок 4, в котором реа.пизуется соотношение ek 2 l2+22+3 + .. .+ (k-l) +1+(1+2+ ... +k-l) . Блок 4 выполнен, например, из двух цепочек накапливающих суктматоров, в каждой из которых содержится по три последов.ательно соединенных накапливающих сумматора, регистров и двух комбинационных сумматоров, соединенных соответствую1;:им образом. Деление величин Ьк , ck на зап,,. и 2счветственно

производится при подаче этих величин на входы, сумматоров 9 и 7 путем сдвига в сторону младших разрядов на (ЗФ-И), (21Т14-1) и (т+1) разрядов.

Деление на три второго и четвертого членов формулы для f производится преобразователем 10.

Согласование прохождения информации через узлы интерполятора обеспечивается синхронизатором 3 (генератор тактовых импульсов).

Сложение вычисленных выражений осуществляется сумматорами 7, иИ, а результат получается на выходе интерполятора 12,

Изобретение позволяет с высокой точностью интерполировать функции третьего порядка, что расширяет область применения и функциональные возможности интерполятора. Кроме того, изобретение позволяет произвести интерполяцию функции за один такт работы, что позволяет повысить быстродействие .интерполятора и применять его в системах реального времени и АСУ, системах отображения информации, цифровых синтезаторах речи, при моделировании сложных объектов.

Формула изобретения

Цифровой кубический интерполятор содержащий последовательно соединенные синхронизатор, задатчик кодов и блок сдвиговых регистров, второй вход которого подюточен к второму выходу синхронизатора, соединенного третьим, четвертым и пятым выходами с Первыми входами соответственно накапливающего сумматора, блока возведения в куб и блока возведения в квал.рат, выход которого подключен к первому входу первого комбинационного сумматора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности в него введены второй комбинационный сумматор, последовательно соединенные третий комбинационный сумматор и преобразователь кода, а тгакжо комбинационный блок, первый, второй и третий выходы которого подключены к вторым входам соответстнсп; но накапливающего сумгиатора, блока возведения в куб и блока возведения в квадрат, а входы - к выходам блока сдвиговых регистров, соединенного одним из выходов с первым входном второго комбинационного сумматора, выход которого подключен к.выходу интерполятора, а второй вход - к выходу первого комбинационного сумматора, соединенного вторым входом с.

0 - выходом преобразователя кодов, а входы третьего комбинационного сумматора подключены к выходам накапливающего сумматора и блока возведения в куб.. .

2. Интерполятор по п.1, о т л и5чающийс я тем, что комбинационный блок содержит последовательно соединенные первый вычитатель, четвертый, пятый и шестой комбинационные сумматоры, последовательно

0 соединенные второй, третий и четвертый вычитатели и последовательно соединенные пятый вычитатель и седьмой комбинационный сумматор, выход . которого подключен к второму входу

5 шестого комбинационного сумматора/ а второй вход - к вторым входам четвертого и пятого комбинацион 1ых сумматоров и первому входу шестого вычитатёля, соединенного выходом с вю0рым входом четвертого вычитателя, а вторым входом - с выходом пятого вычитателя, входы первого, второго и пятого вьгчитателей соединены с соответствующими входами блока, выходы

5 шестого комбинационного сумматора, третьего и четвертого вычитателей соединены соответственно с первым, третьим и вторым выходами блока, а второй вход третьего вычитателя подключен к выходу первого вычита0теля. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

5 437098, кл. G Об F 7/30, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 302722, кл. G Об F 7/30, 1969.

3.Патент США 3846625,

кл, G Об F 1/02, 1974 (прототип).