Число-импульсный функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06F7/548 

() ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при аппаратно вычислении элементарных функций. Известно устройство для вычислен гиперболического тангенса, содержащее ряд сумматоров, регистров, элементов сравнения, блок управления, блок определения цифры псевдочастот ного и другие вспомогательные элеме Г- т Недостатками известного устройства являются чрезмерная слох ность и ограниченные функциональные возможности. Наиболее близким к изоб эетению по .технической сущности является число-импульсный функциональный пре образователь, содержащий первый счетчик, регистр, две группы элемен тов И и два элемента ИЛИ, примем вы ходы регистра соединены с соответ твующими потенциальными входами Элементов И первой группы, импульсные входы которых соединены с выходами первого счетчика, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы KOTODoro соединены с выходами элементов И второй группы, импульсные входы которых соединены с соответствующими выходами |эеверсивного счетчика, выходы элементов И первой группы соединены с входами второго элемента ИЛИ 1Недостатком известного преобразователя является ограниченный класс решаемых задач. Цель изобретения расширение класса решаемых задач за счет дополнительной возможности одновременного вычисления прямых и обратных тригонометрических и гиперболических функций. Поставленная цель достигается тем, что в число-импульсной функциональный преобразователь, содер : ащий реверсивный счетчик, два счетчика, регистр, две группы элементов И и - 39 два элемента ИЛИ, причем выходы регистра соединены с соответствующими потенциальными входами элементов И первой группы, импульсные входы кото рых соединены с выходами первого счетчика, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элемен тов И второй группы, импульсные вход которых соединены с соответствующими выходами реверсивного счетчика,выходы элементов И первой группы соедине ны с входами второго элемента ИЛИ, дополнительно введены схема сравнения, два триггера, третий и четверты элементы ИЛИ, генератор импульсов, КЛИЧ, третья группа элементов И и импульсный сумматор-вычитатель, при-i чем выходы первого счетчика сординены с соответствукмцими потенциальными входами элем ентоэ И третьей группы, выходы и импульсные входы которых соединены соответственно с входами третьего элемента ИЛИ и выходами регистра, выходы которого соединены с потенциальными входами элемен тов И второй группы, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым входом импульсного сумматора-вЫчитателя, выход которого соединен с входом реверсивного счетчика, выходы которо го соединены с первой.группой входов схемы сравнения, вторая группа входо и выход которой соединены соответственно с выходами второго счетчика и первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом вторрго триггера, первый вход которого соеди нен с выходом переполнения второго счетчика, вход которого подключен к выходу второго элемента И, первому входу ключа и первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответ ственно с выходом первого элемента И и вторым входом ключа, третий вход которого соединен с вторым входом импульсного сумматора-вычитателя и первым и вторым выходами ключа, третий выход которого соединен с вхо дом регистра, четвертый вход ключа соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, вторые входы триггеров соединены с управляющим входом преобразовател В преобразователе регистр выполнен в виде счетчика-регистра, реверсивный счетчик - в виде реверсивного счетчика-регистра, а первый счетчик - в виде реверсивного. На чертеже изображена блок-схема преобразователя. Преобразователь содержит счетчик 1 «реверсивный счетчик 2 (реверсивный счетчик-регистр),регистр 3 (счетчикрегистр) .счетчик t (реверсивный счетчик) ,схему 5 сравнения, группы 6 и 7 элементов И,импульсный сумматор-вымитатель 8, триггеры 9 и 10, И 11 и 12, элемент ИЛИ 13, -енератор И импульсов, элементы ИЛИ 15 и 16, группу 17 элементов И, элемент ИЛИ 18, ключ 19При нижнем положении ключа устройство может работать в режиме вычисления функций arthx и arctqx либо в режиме вычисления функций tqx и thx, при этом счетчики 2 и 3 работают в режиме регистров, счетчик - как суммирующий. Рассмотрим работу устройства при вычислении функций arctqx и arthx. В этом случае в счетчик 1 заносится число NV в дополнительном коде, началом работы триггеры 9 и 10 находятся в выключенном состоянии, т.е. элементы И 11 и 12 закрыты, импульсный сумматор-вычитатель 8 ра ботает в режиме вычитания. С поступлением сигнала запуска на второй установочный вход в единицу триггера 10 импульсы частоты fo с выхода открытого элемента И 11 поступают одновременно на вход счетика 1 и на вход элемента ИЛИ 13. Эти импульсы поступают на вход регистра 3 и на один из входов блока 8, с выхода которого проходят на вход регистра 2. Регистр 2 и группа 6 с элементом ИЛИ 15 представляют собой первый двоичный умножитель, управляемый кодом регистра 3. На выходе элемента ИЛИ 15 появляются импульсы со средней частотой следования, равной2 где fn - частота следования импульсов на входе регистра 2; ) fgt - код,записанный в регистре 3; N,j, Z ,где m - число разрядп счетчиков 1 и и регистров 2 и 3. Импульсы на выходах импульсно-п тенциальных элементов И возникают лишь тогда, когда на потенциальном входе определенного элемента И при сутствует сигнал логической 1, а на импульсном входе элемен И присутствует перепад напряжения из О в 1. Импульсы частоты fQ поступают на вход счетчика «.кото рый вместе с группой 7 элементов И и элементом ИЛИ 16 представляют собой второй двоичный умножитель, управляемый кодом N3(1). Средняя частота следования импульсов f на выходе этого умножителя равна N,(t) ) или с учетом Nl , ,, Для выходной-частоты fg блока 8 справедливо fn t f где + и определяют работу блока 8 в режиме сложения и вычитания соответственно. Учитывая (3), уравнениеCt) мож но записать- ,

Н о m

(5}

7

(

N

тп Код N2(1) в регистре 2 изменяется в соответствии с уравнением N2 N,(i)} , о решением которого является N-tt)z . N.(при работе блока 8 в режиме вычитания ) и N2Ci),rtii-jJ-rN artb| (.8 (при работе блока 8 в режиме еложения ). Очевидно, Что преобразован

N,

(12)

m 86 длится до тех пор, пока счетчик 1 не переполняется и сигнал с выхода его переполнения устанавливает триггер 10 в нулевое состояние и тем самым закрывает элемент И 11. Счетчик 1 переполняется в тот момент, когда на его вход поступает N.; Ыд и пульТаким образом, в регистре 2 по окончании момента преобразования записаны следующие результаты: N,j( (9) или. . N UbN -arth -Cio) Перед вычислением функций tqx и thx в счетчик 1 записывается прямой код числа NX, триггеры 10 и Э находятся S выключенных состояниях. С поступлением импульса запуска на второй установочный вход в единицу триггера 9 открывается элемент И 12 и начинается преобразование. Оно длится до тех пор, пока код в регистре 2 не становится равным коду NX. В момент равенства кодов NX и N3 схема 5 сравнения выдает импульс, который закрывает элемент И 12 и тем самым прекращает преобразование. Используя уравнения (7) и (8), получим N N oirctsriq: И) (13) N,, qТаким образом, в регистре 3 хранится результат преобразования. При вычислении функций arcsinx, arccosx, агсНхи KVci +х ключ19 находится в верхнем положении, счетчики, 2 и работают как реверсивные, а счетчик 3 - как суммирующий,триггер 10 установлен в единицу.

К моменту t в счетчике 3 накапливается число N2(t) fot.

Счетчик 3 и группа 17 элементов И с элементом ИЛИ 18 образуют двоичный умножитель, управляемый кодом N/j(t), записанным в счетчике . Средняя частота следования импульсов на выходе этого умножителя определяется по формуле

N4)

, (5)

fo

N

m

где Nm - емкость счетчиков 2-k.

На выходе элемента ИЛИ 15 формируется частота

N(t)

f.c

N

m

где fg частота

следования импульсов на входе счетчика 2. Частота f поступает на вход счетчика +. На выходе элемента ИЛИ 16 образуется код

)

ИТ)

Nm

с учетом выражения (16); Cfot)

(19)

- Р

N

m

Частоты f-fd и поступают на вход блока 8. Для выходной частоты этого блока справедливо следующее выра-« жение

. И9)

где знаки + и - определяются режимом работы блока 8 (суммирование или вычитание соответственно).

Используя выражения (15) и (18), соотношение (19) можно переписать

(20)

(

(Тогда для выражения (16) справедливо

f f .L

(21) .)

m o

Число в счетчике 4 изменяется в соответствии с выражением

N(tbf -t

N.( I dt, (22

Mli(fo)

где NO - число, записанное в счетчике перед началом преобразования. Решением уравнения (22) будет

.N4W l|Nj,i(M))

С учетом (23), уравнение (20) перешется так:

N,.

(24)

г,П«о)2

Тогда код tin (t) определяется из выражения ,

, (25

;(fotj

где N1 - код, записанный в счетчике 2 перед началом преобразования. I

Рассмотрим следующие режимы работы устройства.

Если счетчик 2 работает в режиме суммирования, N О, то код N2(1) изменяется в соответствии с уравнением t

Г

N,;(tM f I Q , (2Ь

j K-(fo-t)

решением которого является

0

Ндагсзш . (27)

m

Поскольку NBX 6Х входное число импульсов), то выражение можно записать в виде

N,

6Х

Ue)

N5,(t)NoC rc5in j

При работе счетчика 2 в режиме вычитания и при Мц N,a закон изменения кода N,,(t) следующий

N2(t)o,rccos.(29)

Когда счетчик 1 работает в режиме суммирования, N - О, т,о

ЙУ

N2(

i и IN

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет одновременно вычислять функции arcsinx, arccosx,arcshx .arctqx arcthx и tqx, thx. Формула изобретения Число-импульсный функциональный Преобразователь, содержащий реверсивный счетчик, два счетчика, регистр, две группы элементов И и два элемента ИЛИ, причем выходы регистра соединены с соответствующими потенциальньми входами элементов И первой группы, импульсные входы которых сое динены с выходами первого счетчика, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И второй группы, импульсные входы кото рых соединены с соатветствух)щими выходами реверсивного счетчика, выходы элементов И первой группы соединены с входами второго элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых Задач за счет дополнит ел bHOvi возможности вычисления прямых и обратных тригонометрических и гиперболических функций, в него введены схема сравнения, два триггера, третий и четвер тый элементы ИЛИ, генератор импульсов, ключ, третья группа элементов И и импульсный сумматор-вычитатель, причем выходы первого счетчика соеди нены с соответствующими потенциальны ми входами элементов И третьей груп пы, выходы и импульсные входы которых соединены соответственно с входа ми третьего элемента ИЛИ и выхода-, ми регистра, выходы которого соедине ны с потенциальными входами элементо И второй группы, выход второго элемента ИЛИ соединен с первым входом импульсного сумматора-вычитателя, выход которого соединен с входом реверсивного счетчика, выходы -которого соединены с первой группой входов схемы сравнения, вторая группа входов и выход которой соединены соответственно с выходами второго счетчика и :первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и лер вым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, первый вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, вход котор ого подключен к выходу второго элемента И, первому входу ключа и первому бходу четвертого элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого элемента И и вторым вхог дом ключа, третий вход которого соединен с вторым входом импульсного сумматора-вычитателя и первым и вторым выходами ключа, третий выход которого соединен с входом регистра, четвертый вход ключа соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, вторые входы триггеров соединены с управляющим входом :преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР fP 526890, кл. G 06 F , 1975. 2.Смолов В.Б. Функциональные преобразователи инфорг- ации. Л., Энергоиздат, 1981, с.175, рис.5-2 (прототип). a .- TTTTT I . . .3. . л u v v v U