Устройство для извлечения квадратного корня Советский патент 1982 года по МПК G06G7/20 G06J3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КВАДРАТНОГО КОРНЯ

Изобретение относится к автоматике и вычиспитепъной технике и может быть использовано, в частности, в гибридных вычислительных устройствах и в устройствах ввода информации в ЦВМ. Известно устройство дпя извлечения квадратного корня, содержащее генератор тактовых импульсов, эпёменты задержки, триггер, счетчик, генератор опорной частоты, элементы И, преобразователь коднапряжение, интегратор и компаратс tl Недостатком устройства является пониженная точность извлечения квадратного корня из аналогового сигнала. Наиболее близким к предлагаемому устройство для извлечения квад ратного корня, содержащее генератор тактовых импульсов, счетчики, счетный вход первого из KOTOjMjix подключен к выходу первого Элемента И, и нуль-орган, соединенный первым входом с входом устройства, вторым входом с выходом первого цифроаналогового преобразователя, а выкоцом с первым входом первого элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора тактои.1Х импульсов, а выхЪдом к счетному входу второго счетчик;а, ш 1Ходы которого соединены с дифрош 1ми входами второго дифроана логово го преобразователя, подключенного выходом к аналоговому входу первого дифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с выходами первого счетчика 123. Недостатком прототипа является пониженная точность извлечения квадратного корня из-за ошибки, определяемой шагом квантования, попытка уменьшения которого п{шводит к значительному усложнению технической реа1шзаш1и устройства.. Цель изобретения - повышение точности извлечения квадратного корня из аналогового сигнала. Для достижения указанной дели в устройство для извлечения квадратного корня, содержащее генератор тактовых импульсов, счетчики, счетный вход первог из которых, подключен к шлходу элемента И, и нуль-орган, соединенный первым входом с входом устройства, введены второй элемент И, делители частоты, ключи, алем нты ИЛИ и НЕ, распределитель импульсов и генератор развертывающего напряжения, подключенный входом к выходу пер вого делителя частоты, а выходом к второму входу- нуль-органа, соединенного выходом с входом элемента НЕ и с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу старшего раз ряда второго делителя частоты, а выходом к суммирующему входу второго счетчика, соединенного выходом с первым входом первого элемента И, управляющим входом - с выходом элемента НЕ и с вто рым входом первого элемента И, а вычитающим входом с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам ключей, соединенных сигнальными входами с выходами разрядов второго дешгтепя частоты, а управляющими входами с выходами распределителя импульсов, подключенного входом через третий делитель ;частоты к выходу первого элемента И, (соединенного третьим входом с выходом четвертого делителя частоты, вход котоiporo подключен к выходу генератора тактовых импульсов и к входам первого и второго делителей частоты. На чертеже изображена блок-схема устройства для извлечения квадратного корня. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый счетчик 2, счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И 3, нуль-орган 4,соединенный первым входом с входом устройства, и генератор 5 развертывающего напряжения. Генератор 5 подключен входом к выходу первого делителя 6 частоты, а выходом к второму входу нуль-органа 4, соединенного выходом с входом элемента НЕ Тис первым входом второго элемента И 8. Элемент И $ подклю,чен вторым входом к выходу старшего разряда второго делителя 9 частоты, а выходом к суммирующему входу второго счетчика 1О. Счетчик 10 соединен выходом с первым входом элемента И 3, управляющим входом с выходом элемента НЕ Тис вторым входом элемента И 3, а вычитающим входом с выходом элемента ИЛИ 11. Входы элемента ИЛИ 11 под ключены к выходам ключей 12, соединенных сигнальными входами с выходами раз рядов делитепя 9, а управляющими входами с выходами распредетгатепя 13 импупь 9 554 сов. Распределитепь 13 подключен входом через третий делители 14 частоты к выходу элемента И 3, соединенного третьим входом с выходом четвертого депителя 15 частоты. Вход депитепя.15 подключен к выходу генератора 1 и к входам делителей 6 и 9. Делитель 6 предназначен для синхронизации работы генераторов 1 и 5, делитель 8 - для формирр- вания опорной частоты для распределителя 13 импульсов, имеющего п выходов, причем где . - максимальное значение сигнала X на входе устройства; ДХ - единичный элемент входного сигнала (щаг квантования). Делитель 9 предназначен для формирования считывающих импульсов и имеет также Г| выходов. Устройство ра.ботает следующим об разом. После запуска генератора 1 на выходе делителя 6 формируется импульс, длите пьностиТр развертывающее напряже- . ние 5(.i) начинает возрастать и поступает на второй вход нуль-органа 4, на первый вход которого подан входной сигнал. Выходной сигнал с нуль-органа (логическая 1) поступает на один из входов элемента И 8, на второй вход поступает запол- няющая частота f с делителя 9. Импульсы с выхода элемента И 8 подаются на суммирующий вход счетчика Ю. Суммирхэвание импульсов происходит до тех Jtiop, пока не произойдет сравнение входного сигнала X с развертывающим напряжением. Число импульсов зарегистрированных на счетчике 10, определяется формулой S - амплитуда развертывающего на пряжения генератора 5. Таким образом, на счетчике записано число импульсов, пропорциональное входному сигналу. После срабатывания нул1у органа 4, сигнал (логическая ) с эле мента НЕ Т поступает на управляющий вход счетчика 10, переводя erq в запись по вычитающему входу. Одновременно с этим сигнал с выхода элемента НЕ Т подается, на второй вход элемента И 3, на третий вход которого поступает сигнал с делителя 15, а на первый подается сигнал с выхода счетчика 10, логический О с которого появляется только при ра венстве импульсов, записанных по сумми- руюшему и вычитающему входам счетчика Ю. С выхода элемента И 3 частот- ный сигнал поступает на и тходной счетчик 2 и на вход делителя 14, где формируется опорная частота QJ , которая подаётся на распределитель 13 импульсов. Импульс длительностью ut проходит на первый выход распределителя 13. Длител ность импульсов, появляющихся на выходах распределителя, связана с параметрами развертывающего напряжения и опор ной частотой следующим соотношением: u iИмпульсом с первого выхода распреде лителя 13 открывается. первый ключ 12, и импульсы с первого выхода старшего разряда делителя 9 частотой д, где р ,- нижняя частота считывания, через элемент ИЛИ 11 поступают на вычитающий вход счетчика 10. Число описанных импульсов в счетчике 10 за первый промежуток времени ut составляет Ы--.л€. истечении времени At импульс с перво го выхода распределителя 13 исчезает, первый ключ закрывается, появляется импульс на втором входе распределителя 13 той же длительности t , который открывает второй ключ 12, и на вычитакяций вход счетчика 1О поступают импульсы со второго выхода делителя 9 частотой f ij. Частота списывающих импульсов с вы ходов делителя 9 связана с номером выхода следующим соотношением f.. Таким образом, за -второй промежуток времени д число списанных импульсов со счетчика 10 составляет IL. S Всего же за два промежутка времени число импульсов, списанных со счетчика равно V-TДалее устройство работает аналогично до тех пор, пока не сравняется число импуль сов, записанных в счетчике 10 по суммирующему и вычитающему входам. На выходе счетчика 10 появляется сигнал (погаческий О), запрещающий прохождение импульсов на вход распределителя 13 и счетчика 2. Если сравнение числа импульсов в счетчике 10 происходит в времени, кратный Ai, тогда справедливо следующее соотношение: ) N --CN -f--ir где к - количество импульсов длительностью дЪ , прошедших в рарпре делитель, на момент сравнения. Откуда )bX,a число импульсов, записанных в счетчике 2, равно. М цгМ -где б - коэффициент деления делителя 14, т.е. пропорционально квадратному от входного сигнала. ЕСЛИ сравнение числа импульсов в счетчике 10 проис:;одит в момент времени, :не кратный i , тогда имеем i -aы-Дx, 5 cL T oncL - доля времени ui (i 0-1) начала (К+1)-го импульса. В этом случае число импульсов, записанное в счетчике 2, равно т.е. также пропорционально корню квадратному от входного сигчала с точноотъю до ,.a(). Максимальное время вычисления составляет(-f)Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом будет иметь более высокую точность извлечеНИИ квадратного корн из аналогового сигнала благодаря тому, что единичный элемент входного сигнала (шаг квантования) в процессе преобразования заполни79ется импульсами высокой частоты. Поэто- му методическая погрешность уже не И1редепяется шагом квантования ДХ а будет меньше и равна 4,:,/;:5).,ооо.. При этом синхронизация работы уст{юйства от общего генератора тактовых импуиьсов и применение дискретных эпементов вычислительной техники позволяют извлекать корень практически без инструментальной погрешности. Формула изобретения Устройство для извлечения квадратнога корня, содержащее генератор тактовых импульсов, счетчики, счетный вход первого из которых подключен к выходу эпемента И, и нуль-cqjraH, соединенный первым входсял с входом устройства, о т личающееся тем, что, с цетаью повьпиения точности извлечения квадратного корня из аналогового сигнала, в устройство введены второй элемент И, делители частоты, ключи, элементы ИЛИ и НЕ, распределитель импульсов и генера;тор развертывающего напряжения, подключенный входом к выходу первого делителя частоты, а выходом к второму входу нуль органа, соединённого выходом с входом 558 элемента НЕ и с первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу старшего разряда второго делителя частоты, а выходом к суммируюшему входу второго счетчика, соединенного выходом с первым входом первого элемента И, управляющим входом с выходом элемента НЕ и с вторым входом первого элемента И, а вычитающим входом с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к выходам ключей, соединенных сигнальными входами с выходами разрядов второго делителя частоты, а управляющими входами с выходами распределителя импульсов, подключенного входом через третий делитель частоты к выходу первого элемента И, соединенного третьим входом с выходом четвертого депитепя частоты, вход которого подключен к выхоДУ генератора тактовых импульсов и к входам первого и второго дештелей частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Картов Р, Г. Аналого-цифровое усройство для получения информации о коре квадратном из напряжения. - Труды РРТИ, Вып. 49, Рязань. 1974, с. 6267. 2. Авторское свидетельство СССР 428401, кл. Q 06 Q 7/20, Q 06 J З/ОО, 1972 (прототип).