Круговой интерполятор

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛ ИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 72(Н 4 С 05 В 19/41 ЕТЕНИЯ ИСАНИЕ ИДЕТЕЛ АВТОРСКОМ У 46.М.Сеошкин8)тельс еев,о СССР 1976.СССР 1982,е тв В 19/18, ельство В 19/18, ПОЛЯТОР к автомаке и моносится ой техн е в сис емах чис ния стан управл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение оттике и вычислительнжет найти примененилового программного ками, чертежным оборудованием и другим оборудованием, в котором необходимо осуществлять круговую интерполяцию. Целью изобретения являетсяповышение быстродействия и уменьшение в два раза разрядности устройства. Интерполятор содержит генератор1 тактовых импульсов, сумматор 2,регистры 3-7, многоразрядные мультиплексоры 8, 9;одноразрядный мультиплексор 10, КБ-триггеры 11-13, Отриггер 14, счетчики импульсов 15,16, блок элементов И 17, элементыИ 18-21, элемент ИЛИ 22, формирователь 23 импульса. 6 ил.17 135 входу интерполятора, а выходом - к второму входу генератора тактовых импульсов, связанного третьим входом с первым входом второго элемента И и единичным выходом О-триггера, а также третьим, четвертым и пятым выходами - с соответствующими управляющими входами мультиплексора, шестым выходом - с С-входом Э-триггера, а седьмым и восьмым выходами - с управляющими входами соответственно третьего и четвертого регистров, подключенных установочными входами соответственно к шинам "Начальная координата по Х" и "Начальная коор-дината по У", причем информационный вход третьего регистра соединен с . выходом блока элементов И, а инфор,мационный вход четвертого регистра подключен к информационному входу второго регистра, первому входу блока элементов И и первому выходу сумматора, связанного первым и вторым выходами, переноса соответственно с выходом одноразрядного мультиплексора и 8-входом П-триггера, а первым информационным входом - с выходом первого многоразрядного мультиплексора, подключенного нулевым информационным входом к .выходу первого регистра, первым и вторым информационными входами - к выходу третьего регистра, атретьим информационным входом - к прямому выходу четвертого регистра, соединенного инверсным выходом с нулевым информационным входом второго многоразрядного мультиплексора, подключенного выходом к второму информационному входу сумма 9772тора, первым, вторым и третьим информационным входами - соответствен-но к шине "Код 1111" интерполятора выходу второго регистра и прямому выходу пятого регистра, соединен-ного инверсным выходом с вторым входом блока элементов И, а установочным входом - с шиной "Код маски" ин О терполятора, входная шина Код 1"которого подключена к первому информационному входу одноразрядного мультиплексора связанного вторым, третьим и четвертым информационными входами соответственно с единичнымвыходом Р-триггера, шиной "Код О" ипервым входом второго элемента И,подключенного вторым входом к восьмому выходу генератора тактовых импульсов, соединенного седьмым выходом с первым входом третьего элемента И, подключенного вторым входом кнулевому выходу Р-триггера, причемвыходы второго и третьего элементов 26 И связаны с выходами интерполяторасоответственно "Приращение по координате У", "Приращение по координате Х" со счетными входами соответственно первого и второго счетчиковимпульсов, подключенных установочными входами соответственно к шинам"Координата ЬХ", "Координата д 7" интерполятора, управляющими входамик входу "Запись" интерполятора, а 35выходами в , к 8-входам соответственно, первого и второго КБ-триггеров, соединенныхединичными выходами с входами четвертого элемента И, подключенного выходом к входу формирователя импульсов.1359772 актор А.Лежнина Подписноомитета СССР откРытии я наб., д. 4/5 зводстненно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород Проектная,аказ 615249 ВНИИПИ по д 113035, ИбСоставитель Н.ГорбуноваТехред А.Кравчук Корректор И.Муска Тираж 863 Государственного лам изобретений и ква, 111-35, РаушскИзобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в системах числового программного управления станками, чертежнымоборудованием и другим оборудованием,в котором необходимо осуществлятькруговую интерполяцию.Целью изобретения является повышение быстродействия и уменьшение вдва раза разрядности устройства,На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого интерполятора; на фиг. 2 - схема генератора тактовых импульсов; на фиг. 3 -временные диаграммы работы генератора тактовых импульсов; на фиг. 4 -схема многоразрядного мультиплексора; на фиг. 5 - схема блока элементов И, на фиг. 6 - фрагмент интерполируемой окружности.Интерполятор содержит генератор 1тактовых импульсов, сумматор 2 пер. вый, третий, четвертый, второй и пятый регистры 3-7, первый и второймногоразрядные мультиплексоры 8 и 9,одноразрядный мультиплексор 10, третий, первый и второй КБ-триггеры 11,13, Р-триггер 14, первый и второйсчетчики 15 и 16 импульсов, блок 17элементов И, второй, третий, первыйи четвертый элементы И 18-21, элемент ИЛИ 22 и формирователь 23 импульса.Генератор 1 тактовых импульсов(фиг. 2) содержит элементы НЕ 24-30,элементы ИЛИ 31 и 32, элементы И 33и 34, 0-триггеры 35 и 36, счетчик37 импульсов, дешифратор-мультиплексор 38, резисторы 39-43, конденсатор44 и кварцевый резонатор 45,Многоразрядные мультиплексоры 8и 9 (фиг, 4) содержат М сдвоенныхцифровых селекторов-мультиплексоров,где первый селектор-мультиплексор 46,М-й селектор-мультиплексор 47.Блок элементов И 17 (фиг, 5) содержит М групп элементов И, перваясостоит из элементов И 48-51, аМ-я - из элементов И 52-55.На фиг. 1 обозначены: 56-63 - третий, четвертый, пятый, шестой, первый, .седьмой, второй и восьмой выходы генератора 1 тактовых импульсов,64, 65, 66 - прямые выходы, первого,третьего и четвертого регистров,67 - инверсный выход четвертого регистра; 68 - прямой выход второгорегистра; 69 и 70 - прямой и инверсный выходы пятого регистра, 71 и 72 - первый и второй информационные входы сумматора, 73 - выход сумматора; 74 - выход блока элементов И.Устройство реализует алгоритмкруговой интерполяции, который для -го интерполяционного тела имеет вид10Х, Х;,-КУ;,У; =У;, +КХ15где КСц у (К = 2 1 - целое полоУжительное число);Х; - последующее значение ХХ;, - предыдущее значение ХУ - последующее значение У;20У;, - предыдущее значение У.Перед началом интерполяции величина Х представляет собой значениекоординаты Хинтерполируемой дуги,а У - значение координаты У ин 25 терполируемой дуги,Устройство работает следующимобразом.По сигналу "Начальный установ"КБ-триггер 11 через элемент ИЛИ 22устанавливается в состояние "0" иблокирует работу элемента И 20. Частота Г на вход генератора 1 не поступает.Генератор по цепям управления 56,57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 не выра 35 батывает управляющих сигналов. Регистры 3-7, КБ-триггеры 11-13, а также 0-триггер 14 сбрасываются в сос-тояние "0".40 Исходная информация заносится вустройство следующим образом.Нормализованное значение величины Х по М-разрядной шине заноситсяв регистр 4, выполненный на Э-триггерах, по входам Я в двоичном коде,Нормализованное значение величиныУ по М-разрядной шине заносится врегистр 5, выполненный на В-триггерах, по входам 8 в двоичном коде, В 50 регистр 7, выполненныйна 0-триггерах, заносится двоичный код маски поЯ входамеВеличина ЬХ по М-разрядной шинезаносится в двоичный счетчик 16 всопровождении сигнала "Запись". Величина ьУ по М-разрядной шине заносится в двоичный счетчик 15 в сопровождении сигнала "Запись". Далее посигналу "Пуск" триггер 11 устанав5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 з135 ливается в состояние "1" и подготавливает к работе элемент И 20. На частотный вход интерполятора (БЗСУ) приходит импульс, который проходит через элемент И 20 и поступает на С-вход Р-триггера 35 генератора 1 и устанавливает его в "0". На нулевом выходе Р-триггера 35 устанавливается потенциал "1", который поступает на Р-вход триггера 36. Р-триггер 36 стробируется по С-входу импульсами, поступившими от генератора 1 через элементы 24, 26, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 (фиг. 2) и по положительному фронту импульса устанавливается в "1", Потенциал единицы с выхода Р-триггера 36 поступает на вход элемента И 34. Импульс, поступивший с элемента НЕ 27, опрашивает элемент, И 34, который вырабатывает отрицательный импульс, поступивший на вхо. ды С 1 и С 2 дешифратора-мультиплексора 38. Дешифратор-мультиплексор 38 но нулевому каналу 60 вырабатывает отрицательный импульс "Такт" (см. временные диаграммы на фиг. 3). Отрицательный импульс с элемента И 34 поступает на вход элемента НЕ 29. Выход элемента НЕ 29 соединяется со счетным входом (В-выходом) двоичного счетчика 37. Счетчик 37, который вырабатывает сигналы управления А (56) и А,(57) (фиг. 1) мультиплек,сорами 8 и 9, изменяет свое состояние по заднему фронту положительного импульса, поступающего с элемента НЕ 29. Далее генератор 1 формирует ,управляющие сигналы А , А "Такт 1", 5""Такт (1+3)" и И в соответствии с временной диаграммой на фиг. 3.Сигнал "Такт 5", вырабатываемый дешифратором-мультиплексором 38, поступает на вход элемента ИЛИ 31. Положительный импульс, вырабатываемый элементом ИЛИ 31, срабатывает в "0" счетчик 37 и поступает на вход элемента НЕ 25. Отрицательный импульс, вырабатываемый элементом НЕ 25, поступает на вход Р-триггера 35 и устанавливает его в состояние "1" а также поступает на К-вход Р-триггера 36 и устанавливает его в состояние "0". Выход "1" Р-триггера 36 блокиру-. ет работу элемента И 34, и работа генератора 1 прекращается до поступления следующего импульса по частотному входу цепи (Е БЗСУ)- интерполя 9772 4 тора. "Такт 4" вырабатывается генератором 1 только тогда,. когда привыполнении "Такта 3" триггер 14 устанавливается в состояние "1",В соответствии с работой генератора 1, который обеспечивает коммутацию каналов (четырехканальных Мразрядных) мультиплексоров 8 и 9,сигналы А , А, У и вырабатываеттактовые импульсы "Такт 1", "Такт 2","Такт (1+3)", схема, изображенная нафиг. 1, обеспечивает следующий порядок в реализации алгоритма круговойинтерполяции.Сигналы управления А А,и И,поступающие на одноименные входымультиплексоров 8, 9 и 10 от генератора 1 при уровнях А - 0 А - "Ои Ю - "0", коммутируют нулевые каналы. Содержимое регистра 3 по И-разрядной .шине 64 поступает на нулевыевходы (И-разрядного) мультиплексора8, а затем по М-разрядной шине 71на первый информационный вход А(комбинационного И-разрядного) сумматора 2. Одновременно содержимоерегистра 5 с инверсных выходов регистра 5 в обратном коде по И-, разрядной шине 67 прступает на нулевыевходы М-разрядного мультиплексора 9,а затем по И-разрядной шине 72 - навторой информационный вход (вход В)комбинационного И-разрядного сумматора 2. Мультиплексор 10 выцает на вход Ро (вход переноса) сумматора 2код "1", поступающий по нулевому каналу мультиплексора 10. Сумматор 40 2 выполняет операцию Вычитание" со держимого регистра 5 из содержимогорегистра 3 и по заднему фронту импульса "Такт 1", поступающему от генератора 1 на входы регистра 3(цепь 60), производится запись результата операции в регистр 3, который по И-разрядной шине 73 поступаетна информационный вход(Р-входы) ре-ггистра 3 с выхода сумматора 2, Одновременно по заднему фронту импуль-.са "Такт 1" происходит запись переноса Р в Р-триггер 14 в случае еговозникновения при выполнении вычитания. Отсутствие переноса при выполнении операции вычитания, которыйфиксируется Р-триггером 14 по сигналу "Такт 1", является признаком выдачи на выход интерполятора единичного приращения по координате Х, ко 13597724 О торсе снимается с нулевого выходатриггера 14. Далее в соответствии сработой генератора 1 счетчик 37 переходит в состояние "1" (см. времен 5ные диаграммы на Фиг. 3 и схему генератора на фиг. 2).Сигналы управления А А И, поступающие .на одноименные входы мультиплексоров 8, 9 и 10 от генератора 10 1 при уровнях А - "1", А, - "0" и М - "0", коммутируют первые каналы. Содержимое регистра 4 по И-разрядной шине 65 поступает на первые входы (М-разрядного) мультиплексора 8, 1 б а затем по (И-разрядной) шине 7 1 на вход А - первый информационный вход сумматора 2. Одновременно по разрядной шине "Код 1111" поступает на первые входы (И-разрядного) мультиплексора 9, а затем по (И-раз рядной) шине 72 -. на второй информационный вход сумматора 2. Мультиплексор 10 выдает на вход Р сумматора 2 состояние триггера 14, Фикси рующего перенос при выполнении "Такта 1". Вход первого канала мультиплек сора 10 соединен с единичным входом . триггера 14. Сумматор 2 выполняет операцию вычитания из содержимого регистра 4 (Х) единицы, в случае выполнения шага по координате Х (отсутствие переноса), и по заДнему фронту импульса "Такт 2" поступающему от генератора 1 на С-входы ре-:б 35 гистра 4 (цепь 61), производится запись результата операции в регистр 4, который по (И-разрядной) шине 73 поступает на первые входы (М-разрядного) блока элементов И 17. Последний реализует логическую операцию И над результатом операции, поступившим от сумматора 2, и обратным кодом маски, который по (И-разрядной) шине 70 поступает на вторые входы блока элементов И 17. Выход блока элементов И 17 передает результат операции по (И-разрядной) шине 74 на информационные входы регистра 4. Перенос, возникающий при выполнении этой опе 50 рации по "Такту 2" не фиксируется Э-триггером 14. По сигналу "Такт 2" опрашивается элемент И 19, и если при выполнении "Такт 1" П-триггер 14 не зафиксировал перенос от сумматораГ,5 2, срабатывает элемент И 19, и по цепи Приращение по координате Х" (Хте) на выходы интерполятора выдается единичное приращение по координате Х, Одновременно содержимоедвоичного счетчика 16 (4 Х) уменьшает-ся на единицу. Конец отработки покоординате Х фиксируется КБ-триггер13. Далее в соответствии с работойгенератора 1 счетчик 37 переходит всостояние "два" (см. временные диаграммы на фиг. 3 и схему генераторана фиг. 2). В результате выполненияопераций по "Такту 1" и "Такту 2"интерполятор реализует уравнение Х;=Х,-КУ;,Сигналы управления А, А И,поступающие на одноименные входымультиплексоров .8, 9 и 10 от генератора 1 при уровнях А - "0", А(М-разрядной) шине 65 поступает навторые входы (М-разрядного) мультиплексора 8, а затем по (Ы-разрядной)шине 7 1 - на первый информационныйвход (вход А) сумматора 2. Одновременно содержимое регистра 6 по (Вразрядной) шине 68 поступает на вторые входы мультиплексора 9, а затемпо (Б-разрядной) шине 72 - на второйинформационный вход (вход В) сумматора 2. Мультиплексор 10 выдает навход Р, сумматора 2 код "О", поступающий по второму каналу мультиплексора 10. Сумматор 2 выполняет операцию сложения содержимого регистра 4с содержимым регистра 6, и по задне-.му фронту импульса "Такт 3", поступающему от генератора 1 на управляющий вход (С-входы) регистра 6(цепь 62), производится запись результата операции в регистр 6, который по шине 73 поступает на информационный вход (О-входы) регистра 6 свыхода сумматора 2, Одновременно позаднему фронту импульса "Такт 3"происходит запись переноса Р с Б-горазряда сумматора в Э-триггер 14 вслучае его возникновения при выполнении сложения. Наличие переноса привыполнении операции сложения, кото- .рый фиксируется 0-триггерам 14 посигналу "Такт 3", является признакомвыдачи на выход интерполятора единичного приращения по координате У.,которое снимается с единичного выходатриггера 14. Далее в соответствии сработой генератора 1 счетчик 37 переходит в состояние "три" (см. временные диаграммы на фиг. 3 и схему генератора на Фиг. 2).Сигналы управления А А, Ч,поступающие на одноименйые входымультиплексоров 8, 9 и 10 от генератора 1 при уровнях А, - 1, А,(Я-разрядной) шине 66 поступает натретьи входы мультиплексора 8, азатем по (И-разрядной) шине 71 - напервый информационный вход (вход А)сумматора 2. Одновременно содержимое регистра 7 в прямом коде по (Иразрядной) шине 69 поступает натретьи входы мультиплексора 9, азатем по (Н-разрядной) шине .72 - навторой информационный вход (вход В)сумматора 2, Мультиплексор 10 выда-ет на вход переноса (Р, ) сумматора2 состояние триггера 14, фиксирую-,щего перенос при выполнении фТакта 3". Вход третьего канала мультиплексора 10 соединен с единичнымвыходом триггера 14, Сумматор 2 выполняет операцию "Сложение": к содержимому регистра 5 прибавляетсяединица в случае выполнения шагапо координате У (наличие переноса),и по заднему фронту импульса "Такт4", поступающему от генератора 1 науправляющий вход (С-входы) регистра5 (пень 63), производится запись результата операции в регистр 5, который по (В-разрядной) шине 73 поступает на В-входы регистра 5. Перенос,возникающий при выполнении этойоперации по "Такту 4", не фиксируется 0-триггером 14, По сигналу "Такт4" опрашивается элемент И 18 и, еслипри выполнении "Такт 3" Р-триггер14 зафиксировал перенос от сумматора2, срабатывает И 18 и по цепи "Приращение по координате У" (У) навыход интерполятора выдается единичное приращение по координате 7. Одновременно содержимое счетчика 15(ЬУ) уменьшается на единицу. Конецотработки по координате 7 фиксируетКЗ-триггер 12. В результате выполнения операций по "Такту 3" и "Такту4" устройство реализует уравнениеУ, =У, +КХ;,Сигнал "Такт 5", вырабатываемыйгенераторой 2, устанавливает в сос- .тояние "0" счетчик 37 и Э-триггер 36,а Э-триггер 35 - в состояние "1".Генератор 2 прекращает свою работу,до поступления следующей импульсапо цепи БЗСУ,Если КЯ-триггеры 12 и 13 в про,цессе отработки устанавливаются в состояние "1", то срабатывает элемент И 21, Формирователь 23 формирует импульс "Конец отработки", по которому в состояние 0" устанавливаются регистры 3-7. КЯ-триггеры 11 - 13, 0-триггер 14, счетчики 15 и 16 10 и генератор 1,Работа предлагаемого круговогоинтерполятора иллюстрируется примером интерполяции дуги окружности,1 б расположенной в первом квадрате, при1движении против часовой стрелки спараметрами: Х= 5, У О, Ь Х= 5 , АУ = 5. И-разрядность сумматора 2 регистров 3-7 и селекторов 20 мультиплексоров 8 и 9 равна 8.Исходная информация заносится врегистры устройства:СК 4 - 10100000 - нормализованноезначение Х= 5;КС 5 - .00000000 - нормализованноезначение Ун = 0;КСЗ - 00000000 всегда устанавливаются в состояние О,КСа 6 - 00000000 - перед началом30 работы,КС 7 - 00011111 значение кодамаски,которое формируется при нормализации (сдвиге влево до появления значений цифры в старшем разряде) значений Х = 5 и У = 0 путем заполнения регистра кодом "1" со сторонымладшего разряда. При этом количество единиц будет равно числу сдвигов40 при нормализации Х = 5 и У = О.Далее по каждому импульсу, поступающему по цепи БЗСУ, генератор 1формирует сигналы управления Такт45 11 Такт 511, по которым устройство выполняет следующие операции;1 такт КС 3 - КС 5 КС Зот содержимого регистра 3 вычитается50 содержимое регистра 5 и результатоперации отсылается в регистр 3,2 такт КС 41 - Р 1 КС 4 - отсодержимого регистра 4 вычитаетсясодержимое триггера 14, фиксирующе 55 го значение переноса "1" или "0"при выполнении "Такта 1", и результатоперации отсылается,в регистр 4;3 такт КС 4 + КС 61 КС 6ксодержимому регистра 4 прибавляетГР.3 0001111100000000 КС 5 результат при отсутствии пере О носа от выполнения "Такт 3" 10011111 запись результата от у 6выполнения"Такт 4"не производится Такт 3 100000000100000011 ОООООО ГКС 6 ся содержимое регистра 6 и результат операции отсылается в регистр 64 такт КС 51 + Р-КС 5 - к содержимому регистра 5 прибавляется содержимое триггера 14, фиксирующего значение переноса "1" или "0" при выполнении "Такта 3" и результат операции отсылается в регистр 5,По певвд 2 р импульсу Г БЗСУ: 10Такт 100000000 КС 3111111111 КС 51 - обратный код+ 1 Р,Д - от селекторамультиплексо-с 15ра 10 Р -перенос (1)М00000000 КБ ЗД - для получениядополнительного кода со- держимого ЬС 51 КС 7 - прямой код45маски По второму импульсу Е БЗСУ: Такт 100000000 11111111 10000000000011111100100000 (КС 5 - шаг по ко.ординатеТ. По третьему импульсу Г БЗСУ: Такт 1 1110000010000000 КС 4 - шаг по координате Х0011111100100000 КС 5 - содержимоене изменяется. 10 По четвертому импульсу й БЗСУ:Такт 1 10000000 10111111 101000000001111101100000 1 КС 5, - шаг по координате У.40 По седьмому импульсу Г БЗСУ:Такт 1 35 01000000 100111111111 ООООО КС З Такт 2 45 10000000 11111111 1(1) 010000000 кс 6Такт 4 0010000000001111111010000000 КС 5 - шаг по координате У. По пятому импульсу 1 БЗСУ:Такт .111000000101111111(1) 10000000 КС 3Такт 2 0101111101000000 1 КС 51 - содержимоене изменяет"ся.По шестому импульсу Г БЗСУ:Такт 1 011111111110000001100000 1 КС 4 - шаг по координате Х. Такт 301 1000000100000010100000 КС 6 Д. не изменяется. 10 По восьмому импульсу Е БЗСУ: Такт 1 шаг по ко ординате Т.Ю БЗСУф 1116000010011111,1 По ГКС 31 01100000 1111,1111 101100000 11100000 01100000 КС Я 1 И 4- шаг по координате Х 11000000Такт 4 01100000 00011111 1(1)1 ООООООО КС 3 Такт 2 Такт Э0110000001000000 По девятому импульсу Такт 1десятому импульсу Такт 1 4 00100000 01111111 1 10100000 Такт 21001111110000000 КС 51 - содержимоене изменяется.По двенадцатому импульсу Г БЗСУ: 00100000 КС 4 - шаг. по координате Х. 1001111110000000 1 КС 51 - содержимоене изменяется. По тринадцатому импульсу Г БЗСУ:Такт 1 00100000 11100000(1) 00000000 КС 6Такт 4 10100000 1 КС 51 - шаг по координате 7.и конец отработки по У, так как дУ = 5. Формула изобретения Круговой интерполятор, содержащий 30 сумматор, подключенный выходом к информационному входу первого регистра,второй регистр, генератор тактовыхимпульсов, соединенный соответственно выходами с управляющими входами З 5 первого и второго регистров, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с .целью повышения быстродействия, внего введены одноразрядный мультиплексор, два многоразрядных мульти плексора, три регистра, блок элементов И,два счетчика импульсов, формирователь импульса, три КЯ-триггера,В-триггер, четыре элемента И и элемент ИЛИ, подключенный первым входом 45 к входу Начальная установка" интерполятора, вторым входом - к выходуформирователя импульсов и выходу "Конец отработки" интерполятора, а выходом - к первому входу генератора 50 тактовых импульсов, входам обнуленияпервого и второго счетчиков импульсов, К-входам первого и второго КЯтриггеров, входам обнуления регистров, К-входу 0-триггера и К-входу 55 третьего КБ-триггера, соединенного3-входом с входом "Пуск" интерполятора, а единичным выходом - с первымвходом первого элемента И, подключенного вторым входом к частотному