Генератор функций

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6 Р 10 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3821085/206.12.8430.06.86Рязански 21 22 46 71 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ Бюл, Р 24й радиотехнический ин ститут(5 б) Авторское свидетельство СССР ,В 809125, кл . С 06 Р 1/02, 1981.Авторское свидетельство СССР Ф 930321, кл. С 06 Р 15/32, 1982,(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и позволяет осуществить функциональноепреобразование число-импульсных сигналов или генерирование цифровыхфункций времениЦель изобретениярасширение функциональных возможностей устройства. Генератор содержитвычислительный блок, три регистра, элемент И реверсивный счетчик, блок,ЯО 124121 памяти, два умножителя, сумматор, триггер, узел формирования интервала аппроксимации. Указанная цель достигается введением двух число-импульсных операционных блоков, триггера, элемента И, алгебраического сумматора частотно-импульсных сигналов, двух регистров, реверсивного счетчика, узла формирования номера интервала аппроксимации, позволяющих реализовать аппроксимацию двух уровней: кусочно-полиномиальную, кусочно-ли-нейную (кваэиполиномиальную). Исполь зуемый метод аппроксимации дает возможность организовать мультиплексный . режим работы оборудования, сохранить высокую скорость генерирования функций и значительно расширить его функциональные возможности, те. воспроизводить 4 типа приближающих зависимостей, основу которых составпяет полином Лорана. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.2141219 авфа ЮЮЮ Юд йЯ ФИМЛФФ Л М З 1 оо Ы ИО а йЮ дИпп вЗ аао д 2 Ооо 3 УООЬОО у+3 у+О д +У,ОРП 7/Р пивроююаи- дмй ЮРИЕ асорйтнце РаспрсйпРнцВ1241219 гЩ и 0 Составитель С. КуроТехред Н,Бонкалг В. Бутяга ре едактор гар каз -3489/4 кая на оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород Проектная,3 Тираж 6ВНйПИ Государственн по делам изобретени 113035, Москва, 3-35, Рау 1 Подписного комитета СССРи открытий1241219 2Алгебраический сумматор 10 частотно-импульсных сигналов выполнен в виде триггера 32, элемента 33 неравно значности и элементов 2 И-ИЛИ 34 и 35. Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может быть использовано при линеаризации характеристик частотных датчиков, в качестве задающих устройств в системах управления различного назначения, а также специализированных устройств в составе цифровых вычислительных машин.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей генератора путем обеспечения генерации полиномов как с положительными так и с отрицательйыми степенями.На фиг, 1 представлена схема генератора функций; на фиг. 2 - алгоритм работы генератора; на Фиг. 3 - вычислительный блок на основе микропроцессора;на фиг. 4 - распределение регистров общего назначения (РОН) узла обработки и управления и содержимого ячеек блока памяти; на фиг. 5 число-импульсные умножители я узел формирования номера интервала аппроксимации, примеры исполнения; на фиг. б - схема алгебраического сумматора частотно-импульсных сигналов и временная диаграмма, поясняющая его работу. Генератор функций содержит первыйчисло-импульсный умножитель 1, второй и третий регистры 2 и 3, узел 4формирования номера интервала аппроксимации, триггер 5, элемент И 6, второй число-импульсный умножитель 7,первый регистр 8, вычислительный блок9, алгебраический сумматор 10 частотно-имйульсных сигналов, реверсивныйсчетчик 11 и блок 12 памяти,Вычислительный блок 9 включает всебя элемент И 13, узел 14 обработкии управления, выполненный, например,на центральном процессорном элементе серии К 580, триггеры 15:и 16, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)17, входы 18 и 19 синхронизации, шину 20 адреса, шину 21 данных, вход 22сброса и вход 23 запуска. 11 отенциальные входы первого числоимпульсного умножителя 1 подключены к выходу второго регистра 2, соединенного с входами первого 8 и третье- О го 3 регистров и информационными входами блока 12 памяти, вычислительного блока 9, пятым управляющим выходом соединенного с входом выбора режима блока 12 памяти, адресными вхо дами сОединенного с адресной шинойвычислительного блока 9, выход третьего регистра 3 подключен к входу задания шага аппроксимации узла 4 формирования номера интервала аппрок симации, вход Функции которого соединен с выходом алгебраического сумматора 10 частотно-импульсных сигналов и счетным входом реверсивного счетчика 11, а вход аргумента - с выходом 25 первого число-импульсного умножителя 1 и установочным входом триггера 5, счетным входом подключенного к входу аргумента генератора и информационному входу второго число-импульсного умножителя 7, триггер 5 инверсным выходом подключен к первому входу элемента И 6, второй вход которого является входом опорной час тоты 1 о генератора, а выход элемента И б соединен с информационным входом первого число-импульсного умножителя 1 и первым информационным входом алгебраического сумматора 10 частотно- импульсных сигналов, вторым информационным входом соединеннго свыходом второго число-импульсного умножителя 7, вход сомножителя которого подключен к выходу первого регистра 8, выход знакового разряда которого соединен с вторым знаковым входом алгебраического сумматора 10 частотно-импульсных сигналов, первый знаковый вход которого подключен к выходу знакового разряда второго регистра 2 я знаковому входу реверсивного счет50 55 Число-импульсные умножители 1 и 7 состоят из накапливающего сумматора, выполйенного на регистре 24 и сумматоре 25, регистра 26 и мультиплексора 27.Узел 4 формирования номера интервала аппроксимации содержит элемент 2 И-ИЛИ 28, счетчик 29, схему 30 сравнения и регистр 31. чика 11, выход узла 4 формированияномера интервала аппроксимации подключен к установочным входам первогои второго число-импульсных умножителей 1 и 7 и входу запуска вычислительного блока 9, первым, вторым,третьим и четвертым управляющими выходами подключенного к установочнымвходам первого, второго и третьего149 регистров 8, 2 и 3 и установочному входу реверсивного счетчика 11 соответственно.Генератор функций при воспроизведении функций число-импульсного аргумента Х реализует аппроксимацию двух уровней. функция на интервалах Ь где 1 = 0,1, ,8, приближается к кривой, которая разбивается на К отрезков с равномерным шагом Ьи описывается кусочно-линейной ломаной1(Х - Х ), (1) 1 О 20= Епй (3) если номер интервала определяется по 25 переменной У (управление по выходу).Кроме того, коэффициенты ЬБ; и ЬЧ, по выражению (1) представляются как полиномы от переменной 3 и записываются через начальные значения ко- ЗО нечных разностей в следующем виде:(-1) .(3 и+2)(4) 35(5) для всех г. = 0,1,,Рассмотрим работу генератора.В исходном состоянии по внешним О адресам, задаваемым по адресной шинеА и управляющему сигналу "Зап", осуществляется загрузка коэффициентов(8) в блок 12 памяти через информационную шину Э. Один из возможных ва риантов распределения памяти под конкретный алгоритм (фиг. 2) генерирова"ния функций для и4 и п = 5 показан на фиг. 40.= Едй (2) если номер интервала определяется по переменной Х (управление по входу),Ь," -, +,1 Ь, +, Ь 0г, 3 (-1) Начальные значения разностей ЬБ;р, определяются видом кривой и задаются перед воспроизведенйем функции,Представление коэффициентов ЬБ; и Ь У через конечные разности даетвозможность последовательно вычислять для каждого следующего (Ц+1)-го интервала значения ь Б;и ЬЧ;по известным на текущем Ц-м интервале конечным разностям, используя следующие итерационные процедуры:+ гЬ1. ЬЧ +ь ьгЧ" =ьгЧ +ь 1 Ч(7)11 1 0 1 11ПГ 11Выражения (1), (6) и (7) и параллельная организация их вычислений с использованием число-импульсных и цифровых вычислительных средств положены в основу работы генератора. На каждом Ц-м интервале генерируемой зависимости параллельно во времени функционируют три его операционные части: число-импульсный интерпоЛятор, включащий умножители 1,7, триггер 5, сумматор 10, элемент И 6, счетчик 11 и осуществляющий воспроизведение линейного отрезка функции по выражению (1) и коэффициентов Ь 0; , Ь Ч , ко.11 1 1 1 торые хранятся во входных регистрах умножителей 1 и 7, в течение времени Т = (Х , - Х ) /Р (1/Р - период следовайия имйульсов аргумента Х); вычислительный блок 9, реализующий за время Т вычисление коэффициентов Ь 0,1, Ь Ч"необходимых для ра 1,1боты число-импульсного интерполятора на следующем (11+1)-м участке узел 4 формирования номера интервала аппроксимации, формирующийимпульс 1 запуска, вычислительного блока 9,Регистры 8, 2 и 3 предназначены для промежуточного хранения коэффициента и позволяют в конце Ц-го интервала одновременно переписать по импульсу 1+1 коэффифиценты Ь 0; Ьч;и Ь; в число-импульсные ум. нояжтели 1 и 7 и узел 4 формирования номера интервала аппроксимации соответственно, обеспечивая их непрерывную работу. В блоке 12 памяти хранятся начальные значения коэффициентовДалее по внешнему импульсу К через элемент ИЛИ 13 (фиг3) осуществляется сброс блока 9 и установка его триг геров 15 и 16 в единицу. Триггер 15 обеспечивает подготовку центрального процессорного элемента 14 к выполнению микрокоманд ПЗУ 17, а состояние триггера 16 задает режим "Подготовка".10После установки триггеров блок 9начинает свою работу и по алгоритму(фиг, 2) выполняет сначала макрокоманду "Загрузка регистров", по которой осуществляется запись начальных 15коэффициентов (8) из блока 12 памятичерез регистры 8, 2 и 3 во входныерегистры число-импульсного интерполятора. При этом значения ЬБ иО 0дЧ 0, записываются во входные регистры первого и второго число-импульсных умножителей 1 и 7 (Ь ),во входной регистр узла 4 формйрования номера интервала аппроксимации(1) и в реверсивный счетчик 11 (У ),а также производится запись коэффиции,ентов К, дП 00,д П Ь П ,обработки и управления или его буферную память, Распределение РОН по Сказано на фиг. 4 а, где АС - аккумулятор, Т - счетчик адресов. При формировании сигналов занесения кодовв регистры 8, 2 и 3 и реверсивныйсчетчик 11 и выбора режима работы 35блока 12 памяти использованы разрядыЯ- Я, ПЗУ 17 соответственно.После выполнения указанный макрокоманды генератор готов к воспроизве дению функции, которое осуществляется путем подачи число-импульсного кода Х или опорной частоты Р =соазс на его вход.45Независимо оч наличия сигналов Х или Р блок 9 продолжает свою рабо. ту и йо условию Р 1, определяемому триггером 16, и условию РЗ (если генерирование происходит не на послед 5 О нем участке -го интервала; К0) выполняет макрокоманду "Вычисление коэффициентов". При этом по исходным данным, находящимся в его РОН или буферной памяти, осуществляются вычисление коэффициентов дц 0 и дЧщ в соответствии с выражениями (7) и (8) и уменьшение значения К на едио ницу, Затем коэффициенты Ь О, и ЬЧ записываются в регистры 8 и 2 по управляющим сигналам (1 и ( . После этого блок 9 сбрасывают режим "Подго тонка", устанавливая триггеры 15 и 16 в "0", и прекращает свою работу, ожидая импульса запуска 1, Нулевое состояние триггера 16 задает адресное пространство ПЗУ 17, обеспечивающее анализ условий Р 2 и РЗ с приходом им" пульса 1.Импульс 3 формируется узлом 4 в тот момент, когда значение число-импульсной переменной Ь Х = Х - Х или ЬУ = У - У; равно Ь; . Узел построен на основе управляемого делителя частоты, структура которого представлена на фиг. 5 б. Импульс на выходе узла 4 появляется со схемы 30 сравнения в момент, когда значение кода в счетчике 29 равно коду регистра 31. По выходу схемы сравнения счетчик 29 узла 4 сбрасывается в "О" и он снова начинает заполняться импульсами Х до значения кода регистра. Таким образом, узлом 4 реализуется зависимость (2) или (3) при поступлении число-импульсной переменной Х или УВыбор переменной зависит от значения управляющего сигнала 8 знакового разряда регистра 31, куда заносится код Ь, (фиг. 5 в).По импульсу 1 (в данном случае первому) коду коэффициентов ЬЦо 1 Ч Ь, переписываются во входные регистры число-импульсных умножителей 1 и 7 и узла 4. Генерирование с новым наклоном, определяемым коэффициентами ЬО 0, и дЧ 0, , Триггер 15 устанавливается в "1", блок 9 запускается и осуществляет проверку условий Р 2 и РЗ. Если генерирование производится не на последнем участке интервала , то вычислительный блок 9 переходит к выполнению макрокоманды "Вычисление коэффициентов" и вычисляет значение Ь 1;, и ь Ч запоминая их в регистрах 8 и 2 соответственно. Если воспроизводится последний отрезок Э.-го интервала функции (К; =О), блок" 9 реализует макрокоманду "Загрузка регистров При этом в его РОН или буферное ЗУ переписываются из блока 12 памяти новые значения коэффициентов, необходимые для генерирования функции на (1+1)-м участке, После выполнения макрокоманд блок 9 выход в режим ожи1241219 дания импульса 1 и далее его работа повторяется до Х = Х . Данное усломаксвие выполняется при обнулении счетчи-. ка адресов Т блока 9. В этом случае формируется сигнал Ц . Генерирование функции также может быть завершено путем прекращения подачи частоты Г на вход устройства.Рассмотрим работу число-импульсной 1 О операционной части устройства.Пусть в качестве число-импульсных умножителей 1 и 7 используется схема умножения частоты Е или числа имЕпульсов Е на дополнительный двоичный 15 код Иц, состоящая из накапливающего . сумматора, содержащего регистр 24 и сумматор 25, и мультиплексора 27.сРабота схемы основана на Формировании выходных импульсов в моменты перепал нения ш-разрядного сумматора. При умножении числа импульсов 2 на положительное значение переменной Н (знаковый разряд Брп = О) количество выходных импульсов И .:(появление каждо- р 5 го из них определяется импульсом переполнения сумматора 25) схемы определяется соотношением(10) Результат сложения поступает в число-импульсной форме на реверсивный счетчик 11, где образуется кодг(х) -г +(, + - - )2 ф гЧЧ ь Ц) 2х(Х - Х; ), (16) При отрицательном значении (Я 1 рп Ы= =1) переменной И двоичный код Иимеет величину 2 - Ч. Это предопределяет результат операции умноже 35 ния в виде: О = еп (гЕМ(-1) 2 Из выражения (10) следует, что в этом случае из количества импульсов 2, поступивших на вход схемы, должны быть исключены те, которые совпадают с моментами переполнения сумматора.формализованное описание рассмотренной операции с использованием соотношений непрерывной логики имеет вид: к = гр г,ггг г(г. ,Данное выражение реализуется муль типлексором 27.В предлагаемом генераторе функций на каждом интервале аппроксимации количеств поступивших импульсов 6 Х = 55 = Х - Х переменной Х равно количеству импульсов И 1, сформированных на выходе первого число-импульсного умножителя 1. Это обусловлено тем,что каждым импульсом дХ триггер 5по счетному входу сначала устанавливается в "0", а затем переводится всостояние "1" импульсом с выхода первого число-импульсного умножителя 1.Данный импульс появляется благодаряпоступлению на вход блока 1 21 импульсов частоты Г через элемент И 6при нулевом состоянии триггера 5. Импульсы Е 1 также поступают на первыйимпульсный вход алгебраического сумматора. 10 частотно-импульсных сигналов,Таким образом, учитывая, что ЬХ == И 1, а работа число-импульсного умножителя 1 описывается соотношением 21 = (Х - Х, ). (13)2У;. (1Соотношение (13) определяет количество импульсов, поступающих на первый импульсный вход алгебраическогосумматора 10 частотно-импульсных сигналов. Наего второй импульсный вход поступает число-импульсный код формируемый вторым число - импульсным умножителем 7 по соотношению (9). Алгебраический сумматор 10 частотно-им. пульсных сигналов в зависимости от знаков коэффициентов 6 О; и (1 Ч;, поступающих соответственно на, егопервый и второй знаковые входы, осуществляет операцию алгебраического сложения: 21+с 12= ( - + - Я - . )ф-х, ). д2(15) где У - значение кода в реверсивном счетчике 11 в начале Ц-го интервала.+ Ь + 3 1 о + 2 А Ч+ ) (Х - Х). (22) г .1 Ц) 1 О Кроме того, устройство позволяет реализовать аппроксимирующую зависимость с неравномерным шагом разбиения, т.е. Ь; тоже может являться функцией ,Ь =Ь +1, + З(3 1) 2 (23) Это еще больше расширяет функциональные возможности генератора.15В случае, если на вход генератора подается постоянная частота Р = сопят, он осуществляет воспроизведение функций У(Х); если подается число-импульсный код Х, генератор20 является число-импульсным функциональным преобразователем, Результат 7(Х) может быть получен как в число-импульсной У (Х) (с выхода алгебраического сумматора 10 частотно-импульсных сигналов), так и в цифровой (с потенциальных выходов реверсивного счетчика 11) формах. Формула изобретения 1.Генератор функций, содержащий вы-. числительный блок, регистр и блок памяти, причем информационный выход вычислительного блока подключен к информационному входу регистра, адрес 35 ный вход блока памяти подключен к выходу адреса вычислительного блока, выходы разрядов поля управления выводом данных которого подключены соответственно к входу управления режимом40 работы блока памяти и установочному входу регистра, вход управления записью блока памяти подключен к входу записи генератора, о т л и ча ю -45 щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения генерации полиномов с различными методами аппроксимации, в него введены два число-импульсных ум 50 ножителя, два регистра узел формирования номера интервала аппроксимации, триггер, элемент И, алгебраический сумматор частотно-импульсных сигналов, реверсивный счетчик, причем вход аргумента генератора подключен формационному входу первого число- импульсного умножителя и входу синхронизации триггера, установочный вход которого и вход аргумента узлаформирования номера интервала аппроксимации подключены к выходу второгочисло-импульсного умножителя, информационный вход которого и первый информационный вход алгебраическогосумматора частотно-импульсных сигналов подключены к выходу элемента И,первый вход которого подключен к инверсному выходу триггера, второй входэлемента И подключен к входу опорнойчастоты генератора, установочные входы первого и второго число-импульсныхумножителей и вход запуска вычислительного блока подключены к выходуузла формирования номера интервалааппроксимации, вход задания шага аппроксимации которого подключен к выходу второго регистра,информационныйвход которого и информационный входтретьего регистра подключены к информационному входу вычислительного блока, входы коэффициентов умноженияпервого и второго число-импульсныхумножителей подключены соответственно к выходам первого и второго регистров, выходстаршего знаковогоразряда второго регистра подключен кпервому знаковому входу алгебраического сумматора частотно-импульсныхсигналов и входу управления направлением счета реверсивного счетчика,информационный вход которого подключен к вход-выходу данных начальнойустановки вычислительного блока,выход старшего разряда первого регистра подключен к второму знаковому входу алгебраического сумматорачастотно-импульсных сигналов, второйинформационный вход которого подключен к выходу первого число-импульсного умножителя, выход алгебраическогосумматора частотно-импульсных сигналов подключен к счетному входу реверсивного счетчика, входу функцииузла формирования номера интервалааппроксимации и является число-импульсным выходом генератора, цифроВвой выход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, установочные входы первого, второго и третьего регистров и реверсивного счетчика подключены к выходам соответствующих разрядов поля управления пере. дачей данных вычислительного блока, вход-выход данных и вход-выход адре. - са начальной установки генератора подключены к соответствующим входам блока памяти, вход синхронизации вычислительного блока является синхровходом генератора, вход сброса вычислительного блока является входом начальной установки генератора.2, Генератор по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что вычислительный блок содержит узел обработки и управления, постоянное запоминающее устройство, два триггера, элемент ИЛИ, вход синхронизации блока подключен к первому синхровходу узла обработки и управления, к первому входу группы входов синхронизации блока, второй вход группы входов синхронизации которого подключен к второму синхровходу узла обработки и управления, вход запуска которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого является входом сброса блока и подключен к синхровхо ду первого триггера, вход сброса которого соединен с входом сброса второго триггера и соединен с выходом старшенго разряда шины адреса узла обработки и управления, вход-выход данных которого подключен к выходу постоянного запоминающего устройства и является входом-выходом данных начальной установки блаха, вход адре 241219 14са начальной установки блока соединен с шиной адреса узла обработки иуправления, выход элемента ИЛИ соединен с скнхровходом второго триггера, выход которого соединен с входом готовности узла обработки и управления, вход сброса которого соединен с выходом элемента ИЛИ, группавыходов поля управления передачей 10 данных блока подключена к шине адреса узла обработки и управления, выходпервого триггера соединен с входомобращения постоянного запоминающегоустройства.5 3. Генератор по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, узел формирования номера. интервала.аппроксимации содержит счетчик, схему сравне ния, регистр и элемент 2 И-ИЛИ, выходкоторого соединен со счетным входом счетчика, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом ре гистра, инФормационный вход которогоявляется вхоцом задания участка аппроксимации узла., входы .аргумента и функцик которого соединены с первым и вторым входамк элемента 2 И-ИЛИ соответственно, третий и четвертый входы которого объединены и подключены к выходу знакового разряда регистра, вход сброса которого подключен к входу сброса счетчика, выходу схемы с:равнения и является выходом узла.