Цифровой линейный интерполятор с оценочной функцией Советский патент 1983 года по МПК G05B19/41 G05B19/4103 

(54) ЦИФРОВОЙ ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах числового программного управления контурной обработкой. . .

Известен цифровой линейный интерполятор, содержащий последовательно соединенные блок управления и генератор импульсов, и по каждой координате регистр приращения, соединенный с блоком управления, два блока сравнения, соединенных с блоком управления и с делителем частоты, и два счетчика импульсов 1 .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровой линейный интерполятор с оценочной функцией, содержащий первые регистры сдвига, выходы которых через первый сумматор подключены к вх,одам данных регистров, элемент НЕ, второй сумматор, выход которого подключен к входам блока определения знака оценочной функции и блока памяти, выход которогчэ соединен с входом второго сумматора, блок ввода программгл,вы ходы которого подключены к входу блока задания скорости и через вторые регистры сдвига к входам блока сравнения, два триггера, элементы ИЛИ, С ОЦЕНОЧНОЙ ФУНКЦИЕЙ

двух- и трехвходовые элементы И, выходы первого триггера подключены к первым входам трехвходовых элементов И, выходы бдоков задания скорости и определения знака оценочной функции подключены к вторым и третьим -входам первых трехвходовых элементов И, выходы которых соединены с входами первого триггера, двухвходовых эле10ментов И и элементов ИЛИ, первых элементов ИЛИ подключены к вторым входам вторых трехвходовых элементов и, выходы вторых элементов ИЛИ соединены с соответствующими входами

15 второго триггера, выход которого подсоединен к входам двухвходовых элементов И, выходцы первых регистров сдвига подключены к входам блока сравнения, выходы вторых регистров

20 соединены с третьими входами вторых трехвходовых элементов И, выход первого из которых непосредственно, а выход второго через элемент НЕ подключены к входам второго суммато25 ра С2.

Недостатком описанных интерполяторов является их невысокая точность jработы.

Цель изобретения - повьииение . точ30ности работы интерполятора. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой линейный интерполятор, содержащий первый элемент ИЛИ, генератор импульсов, первый блок совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого регист ра приращения, второй регистр приращения, сцединенный выходом с первы входом BTopoiND блока совпадения, два триггера, счетчик оценочной функ ции, соединенный выходом с первым информационным входом блока определе ния знака оценочной функции, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами первого и вто-i рого элементов И соответственно,вто-i рой и третий элементы ИЛИ, подключенные выходами к первым входам соответственно третьего ;и четвертого элементов И, выходы которых являются выходами интерполятора, а также пятый и шестой элементы И, введены сче чик импульсов, реверсивный счетчик, третий, четвертый и пятый триггеры, одновибратор и дешифратор-, первый и второй входы которого соединены соот ветственно с единичными выходами пер вого и второго триггеров, первый выход - с вторым входом второго элемен та И, второй и третий выходы - с вхо дами первого элемента ИЛИ и с входами пятого триггера, а четвертый выхо через, одновибратор - с входом Сброс счетчика импульсов, с нулевыми входа ми первого и второго триггеров, с единичным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И и с вторым информационным входом блока определения знака оценочной функции, управляющий вход которого соединен . со входом Сброс счетчика оценочной функции, с BTOpbJM входом пятого элемента И и с единичным выходом третьего триггера, подключенного нулевым входом к выходу нулевого состояния реверсивного счетчика и к нулевому входу четвертого триггера и нулевым выходом - к первому входу шестого элемента И, выход которого связан с суммирующим входом .реверсивного счетчика, а второй вход - с третьим входом второго и с вторым входом первого элементов И, со счетным входом счетчика импульсов и с выходом генератора импульсов, подсоединенного запускающим входоК к единичному выходу четвертого триггера, единичный вход которого соединен с входом Пуск интерполятора и с управляющими входами первого и второго регистров приращения, третий вход первого элемента И подключен к выходу.первого :. элемента ИЛИ, а выход - к суммирующему входу счетчика оценочной функции, вычитающий вход которого .соединен с выходом второго элемента И,вход записи - с выходом соответствующих разрядов реверсивного счетчика, а выход - с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ,-подключенных вторыми входами к единичному и нулевому выходам пятого триггера соответ ственнер, единичные ходы первого и второго триггеров соединены с выхода ми соответственно первого и второго блоков совпадейия, связанных вторыми входами с информационным выходом , счетчика импульсов, а выход пятого элемента И соединен с вторыми входами третьего и«четвертого элементов И и с вычитающим входом реверсивного счетчика. На фиг.1 представлена схема цифрового линейного интерполятора с оценочной функцией, на фиг.2 - отрезок прямой. Интерполятор содержитпервый регистр 1 приращения, второй регистр 2 приращения, первый блок 3 совпадения, второй блок 4 совпадения,счетчик 5 импульсов, генератор 6 импульсов, четвертый триггер 7, первый триггер 8, второй триггер 9, пятый триггер 10, третий триггер 11, блок 12 определения знака оценочной функции, выполненный в виде триггера, счетчик 13 оценочной функции, реверсивный счетчик 14, дешифратор 15, одновибратор 16, второй элемент И 17, первый элемент И 18, третий элемент И 19, четвертый элемент и 20, пятни элемент И 21, шестой элемент И 22, первый элемент ИЛИ 23, .второй элемент ИЛИ 24 и третий элемент ИЛИ 25. Интерполятор работает следую1цим образом. К началу интерполяции счетчик 5, триггер 7, триггер 9, триггер 11 и счетчик 14 находятся в нулевом состоянии . Импульсы, на выход генератора б не поступают. По сигналу Пуск триггер 7 устанавливается в единичное состояние, разрешая поступление импульсов на выkoд генератора б, в регистр 1 заносится приращение 4Х, а в регистр 2 заносится приращение дУ. Счетчик 5 подсчитывает импульсы, поступающие с выхода генератора б. Содержимое счетчика 5 сравнивается блоками 3 и 4 сравнения с содержимым регистром 1 и 2 приращений. При совпёщении содержимого счетчика- 5.с содержимым регистра 1 блок 3 формирует сигнал, устанавливающий триггер 8 в единичное состояние, а при совпадении содержимого счетчика 5 с содержимым регистра 2 блок 4 формирует сигнал, устанавливающий триггер 9 в единичное состояние. Состояния триггера 8 и триггера 9 дешифрируются дешифратором 15, на выходах которого формируется следунядие временные интерва,лы:

,на первом выходе - M-t (единичный уровень);

на втором выходе - 4 X -1 {нулевой уровень)J

на третьем выходе - AY-tg (нулевой уровень); .

на четвертом выходе - B.tg (нулевой уровень),

где И - меньшее приращение, Б - большее приращение, tg - период следов-ания импульсов

с выхода генератора б. Временной интервсш-Б-1 представляет цикл преобразования приращений координат во временные интервалы. При появлении единичного уровня на четвертом выходе депшфратора 15 одновибратор 16 формирует сигнал, устанавливающий счетчик 5, триггер 8 и триггер 9 в нулевые состояния. Начинается новый цикл преобразования прира1чений координат во временные интерва/1Ы. Это происходит .непрерывно.

Триггер 11 в первом цикле преобразования приращений во временные интервалы находится в нулевом состоянии запрещая поступление первого импульса с выхода одновибратора 16 на выход интерполятора. В то же время на инверсном втором выходе триггера 11 появляется единичный сигнал, разрешающий прохождению импульсов с выхода генератора б через элемент И 22 на суммирующий вход счетчика 14, увеличивая содержимое последнего с импульсом на единицу. Первый импульс с выхода одновибратора 16 устанавливает триггер 11 в единичное состояние. Таким образом, за первый цикл преобразования приращений во временные интервалы в счетчике 14 накапливается количество импульсов, равное лыпему приращению.

Состояние счетчика 14 с выхода соответствующих разрядов поступает на вход записи счетчика 13. Сигнал с единичного выхода триггера 11 устанавливает блок 12 в нулевое состояние и заносит в счетчик 13 половину большего приращения Б/2, поступающего из счетчика 14.

В дальнейшем работа интерполятора основана на вычислении оценочной функции в счетчике 13. За один цикл преобразования приращений во временные интервалы вычисляется одно значение оценочной функции ОФ и выполняется один интерполяционный шаг.

Вы 1исление оценочной функции выполняется по правиламОФ при (1) ОФ, ОФ.,- + (Б-М) при (2)

При отрицательном значении оценочной функции выполняется диагональный интерполяционный шаг, .а при положителЕном - шаг по координате с большим приращением. Это осуществляется следующим образом.

При положительном знаке оценочной функции на инверсном выходе блока 12 присутствует единичный урове.нь, поступающий на первый вход элемента И 17 и разрещающий прохождение импульсов с вьахода генератора 6. через элемент И 17 на вычитающий вход .счетчика 13 при наличии единичного уровня на первом выходе дешифратора 15. За время M-t на вычитающий вход счетчика 13 поступает М импульсов и оценочная функция вычисляется по выражению (1). При отрицательном знаке оценочной функции на прямом выходе блока 12 присутствует единичный уровень, поступающий на третий вход элемента И 18 и разрешаюишй прохождение импульсов с выхода генератора 6 на суммирующий вход счетчика 13 во время форкшрования временного интервала (Б-М)-1(,. выделяемого на выходе элемента ИЛИ 23 За времй (B-H)--to на суммируюощй вход счетчика 13 поступает ,(Б-М) импульсов и оценочная функция вычисляется по выражению (2). После каждого вычисления оценочной функции сигнал с клхода одновибратора 16 заносит в блок 12 новое значение знака оценочной фуик ции счетчика 13.

Триггер 10 устанавливается в единичное состояние сигналом с третьеххэ выхода дешифратора 15 и в нулевое состояние - сигналом с второго выхода дешифратора 15. Таким образом, триггер 10 находится в единичном состоянии при и в нулевом состоянии при д X ДУ.

Если значение полученной оценочной функции отрицательно, единичный сигнал с выхода счетчика 13 проходит через элементы ИЛИ 24 и 25 на первые входы элементов И 19 и 20, разрешая прохождение импульсов с выхода одновибратора 16 через элемент И 21 на выходы .интерполятора X и Y, что приводит к выполнению совмещенного интерполяционного шага (диагонального) по обеим координатам. Если же значение оценочной функции положительно, на выходе счетчика 13 нулевой уровень. Интерполяционный шаг выполняется в зависимости от состояния триггера 10. Если триггер 10 находится в единичном состоянии (Л Х7ДУ) .то единичный уровень поступает на первый вход элемента И 19, .разрешая прохождение импульса с выхода одновибратора 16 через элемент И 21 на выход X интерполятора. Если же триггер 10 в нулевом состоянии (), то единичный уровень с нулевого выхода триггера 10 через элемент ИЛИ 25 поступает на первый вход элемента И 20, разрешая прохождение импульса с

выхода одновибратора 16 через элемент И 21 на выход Y интерполятора. Таким образом, при отрицательном значении оценочной функции выполняется диагональный интерполяционный шаг, а при:положительном - шаг по координате с большим приращением.

С каждым интерполяционным шагом импульс с выхода одновибратора 16 через элемент К 21. поступает на вычитающий вход счетчика 14, уменьшая Ю с каждым шагом его содержимое на единицу. При достижении счетчиком 14 нулевого состояния сигнал с его выхода поступает на нулевые входы триггера 7 и триггера 11, устанавливая 15 их в нулевые состояния.Нулевой сигнал на выходе триггера 7 запрещает поступление импульсов на выход ген.ератора 6. Процесс интерполяции отрезка прямой окончен. Интерполятор готов 20 к интерполяции другого очередного отрезка прямой.

Пусть, например, требуется воспроизвести отрезок прямой (фиг.2), заданный приращениями ., . В 25 конце первого цикла преобразования приращений во временные интервалы в счетчике 14 накапливается четыре импульса (Б), а в счетчик 13 записывается число 2 (.) .Во время вто-. Q рого цикла преобразования из реверсивного счетчика конца вычитается единица; так как блок 12 определения знака оценочной функции сброшен О.Фг ОФо-М 2-1 1). По окончании второго цикла преобразования из реверсивного счетчика 14 конца вычитается единица и выполняется шаг по координате У, так как триггер 10 в нулевом состоя- НИИ (), а знак оценочной функ.. 40 ции положителен, в дальнейшем по цик преобразования производятся еле-дуго1цие вычисления:

третий цикл -

/т . .

yfC

. четвертый цикл - ОФз ОФ2-М 0-1 -1, - X У

пятый цикл - ОФ. ОФ, + (Б-М) .; . У; .

Ввиду того, что начальным значением оценочной функции выбирается ве- 50 ичина, равная Б/2, а так.же применяется выполнение диагональных ин- . . терполяционных шагов, происходит симметрирование погрешности интерпояции. При этом максимальная погрйи- 55 ностьне превышает половины шага дискретизации.

Формула изобретения

Цифровой линейный интерполятор с оценочной функцией, содержащий первый элемент ИЛИ, генератор импульсов, первый блок совпадения, первый вход которого соединен с выходом первого 45

регистра приращения, второй регистр приращения, соединенный выходом с первым входом второго блока совпадения, два триггера, счетчик оценочной функции, соединенный выходом с пер;вым информационным входом блока определения знака оценочной функции, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами- первого и второго элементов И соответственно,второй и третий элементы ИЛИ, подключенные выходами к первым входам соответственно третьего ичетвертого элементов И, выхода которых являются выходами интерполятора., а также пятый и шестой элементы И,отличающий с я тем, что, с целью повыше1 ия точности интерполятора, в него введены счетчик импульсов, реверсивный -счетчик, третий, четвертый и пятый триггеры, одновибратор и дешифратор, первый и второй входы которого соединены соответственно с. единичными выходами первого и второго триггеров первый выход - с вторым входом второго элемента И, второй и третий выходы - с входами первого элемента ИЛИ и с входами пятого триггера, а четвертый выход через одновибратор - ,с входом Сброс счетчика импульсов, с нулевыми входами первого и второго триггеров, с единичным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И и с вторьзм информационным входом блока определения знака оценочной функции, управляющий вход которого соединен с входом Сброс счетчика оценочной.функции, с вторым входом пятого элемента И и с единичным выходом третьего триггера, подключенного нулевым входом к выходу нулевого состояния реверсивного счетчика и к нулевому входу четвертого триггера и нулевым выходом - к первому входу шестого элемента И, выход которого связан с суммируюгчим входом реверсивного счетчика, а второй входс третьим входом второго и с вторым входом первого элементов И, со счетным входом счетчика импульсов и с выходом генератора импульсов, подсоединенного запускающим входом к единичному выходу четвертого триггера, единичный вход которого соединен с входом Пуск интерполятора и с управляющими входами первого и второго регистров приращения, третий вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а выход - к суммирующему йходу счетчика оценочной функции, вычитающий вход которого соединен с выходом второго элемента И, вход записи - с выходом соответствующих разрядов реверсивного счетчика, а выход - с первыми входами второго и-третьего элементов ИЛИ, подключенных, вторыми входами к единичному и нулевому выходам пятого триггера соответственно, единичные входы первого и второго триггеров соединены с выходами соответственно первого и второго блоков совпадения, связанных вторыми входами с информационным выходом счетчика импульсов, а выход пятого элемента И соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И и с вычитающим дом реверсивного счетчика.

. Источники инф|эрмации, принятые во вникание при экспертизе 51, Авторскоесвидетельство СССР

№551611, кл. G 05 В 19/18, 1975,

2. Авторское свидетельство СССР N542972, кл. iG 05 В 19/18, 1975.