Устройство для вычисления обратных функций

)уОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 538367, кл. С 06 Р 7/556, 1973.2. Авторское свидетельство СССР В;942007, кл. С 06 Р 7/556, 1980 (протогип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ВЬИИСЛЕНИЯ ОБРАТНЫХ ФУНКЦИЙ, содержащее генератор импульсов, ключ, элемент задержки, делитель аргумента, счетчик аргумента, двоичный умножитель,вычитающий счетчик результата и три управляемых делителя частоты, причем выход генератора импульсов соединен с импульсным входом ключа, вход пуска, вход останова и выход которого соединены соответственно с входом запуска уст- ройства, выходом счетчика аргумента и входом делителя аргумента, выход которого соединен с входом счетчика аргумента, выход двоичного умножителя соединен с входом вычитающего счетчика результата, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит делитель первого участка аппроксимации и четвертый управляемый делитель частоты, причем управляемые делители частоты с первого по четвертый состоят из первого и второго счетчиков и схемы сравнения, первый и второй входы которой соединены с выходами соответствующих счетчиков, выход ключа соединен со счетным входом первого счетчика первого управляемого делителя частоты, выход схемы сравнения которого соединен со счетным входом первого счетчика второго управляемого делителя, частоты, выход схемы сравнения которого подключен к счетному входу первого счетчика третьего управляемого делителя частоты, выход схемы сравнения которого соединен с входом двоичного умножителя, выходключа через депитель первого участка аппроксимации соединен со счетным входом первого счетчика четвертого управляемого делителя частоты, выход схемы сравнения которого сое- а динен со счетным входом второго счетчика четвертого управляемого делителей ля частоты и через элемент задержкис тактовыми входами вторых счетчиков с первого по третий управляемых дели- СФ телей частоты, выходы схем сравнения фф 4 второго, третьего и четвертого управ- (фЬ ляемых делителей частоты соединены (д с входами обнуления вторых счетчиков соответствующих управляемых делителей частоты,1 110Изобретение относится к вичислительной технике, а именно к устройствам .для вовнроизведения и вычисления функций. на основе их кусочно-линейной айпроксимации, и может использоваться в системах управления и ин 5формационно-измерительных системахв качестве специализированного вычислителя, преобразователя информациив измерительных каналах, генераторанелинейных функций и т.п.Известно устройство, содержащееузел масштабирования и формированиякода (накопления) аргумента, образованный делителем и счетчиком аргу 15мента, узел формирования участков.аппроксимации, включающий делительзадатчик размера участка аппроксимации, элемент задержки и счетчикучастков аппроксимации, аппроксима 20тор, образованный регистром хранения, первым и вторым управляемымиделителями и двоичным умножителем,счетчик функции, генератор и ключ 13.Недостаток устройства - неизмен 25ность размера участков кусочно-линейной аппроксимации при нарастанииномера участка. При этом погрешностьаппроксимации на первых участкахбольше, чем, например, на пятнадцатом и последующих участках в десятки30и сотни раз. Для получения приемлемойпогрешности на участках с небольшимномером необходимо задавать размеручастка достаточно малым, Это приводит к существенному возрастанию35числа участков на диапазоне работыустройства, его усложнению и снижению надежности, а погрешность аппроксимации на участках с большим номером становится излишне малой,40Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство, содержащее узелмасштабирования и формирования кодааргумента, состоящий из делителяи счетчика аргумента, узел формирования переменного размера участковаппроксимации, включающий делительшага аппроксимации, два элемента задержки, два счетчика участков (номера шага) аппроксимации, сумматори группу элементов И-НЕ, аппроксиматор, состоящий из трех последовательно включенных управляемых делителей,причем первый управляемый делительсоединен через регистр с первым 55счетчиком участков аппроксимации,второй управляемый делитель соединен через регистр с вторым счетчиком 9745 2участков аппроксимации, третийуправляемый делитель соединен с вторым счетчиком учас.ков аппроксимации,и узел масштабирования и формированиякода функции, состоящий из двоичногоумножителя и вычитающего счетчика.Известное устройство обеспечиваетавтоматическое изменение размераучастка кусочно-линейной аппроксима"ции по закону ах=ах и,где ах=ах, ах- размер по парамет- .ру х первого участка аппроксимации.Это позволяет назначить первый Лхучасток аппроксимации достаточно малым для получения допустимых погрешностей аппроксимации на начальныхучастках без неприемлемого увеличения числа участков аппроксимациина диапазоне работы устройства 2 ,Недостаток известного устройства -невысокая надежность, что объясняется наличием значительного числавспомогательных элементов (регистровперед первым и вторым управляемымиделителями, счетчиков участков (номеров шага), связанных с первым и вторым управляемыми делителями, сумматора в узле формирования переменногоразмера участков аппроксимации ивторого элемента задержки). Цель изобретения - упрощение устройства,Поставленная цель достигается тем, что устройство для вычисления обратных функций, содержащее генератор импульсов, ключ, элемент задержки, делитель аргумента, счетчик аргумента, двоичный умножитель, вычитающий счетчик результата и три управляемых делителя частоты, причем выход генератора импульсов соединен с импульсным входом ключа, вход пуска, вход останова и выход которого соединены соответственно с входом запуска устройства, выходом счетчика аргумента и входом делителя аргумента, выход которого соединен с входом счетчика аргумента, выход двоичного умножителя соединен с входом вычитаю- щего счетчика результата, содержит делитель первого участка аппроксимации и четвертый управляемый делитель частоты, причем управляемые делители частоты с первого йо четвертый состоят из первого и второго счетчиков и схемы сравнения, первый и второй входы которой соединены с выходами соответствующих счетчиков, выход клю110.9745 2 ау ьдх(п) п 45 где г - фактор дискретности. представления реэультага,. целое число. Коэффициент К умножения двоичногоГ -1.щ у х уиножителя 19 К 10где 1 коэффициент деления делителя 3, который связан с значением коэффициентаК деления.делителя 5 зависимостьюКд=10 ф К. дх. Тащим .образом;,всеосновные параметры схейы иЬйачалъное.состояние ее элементов определены,. и (и+1) х =дх --- . и 2ча соединен со счетным, входом первого счетчика первого управляемого делителя частоты, выход схемы сравнения которого соединен со счетным входом первого счетчика второго 5 управляемого делителя частоты, выход схемы сравнения которого подключен к счетному входу первого счетчика третьего управляемого делителя частоты, выход схемы сравнения которого 1 О соединен с входом двоичного умножителя, выход ключа через делитель первого участка аппроксимации .соединен со счетным входом первого счетчика четвертого управляемого делителя 15 частоты, выход схемы сравнения которого соединен со счетным входом .второго счетчика четвертого управляемого делителя частоты и через элемент задержки - с тактовыми входами вто рых счетчиков с первого по третий . управляемых делителей частоты, выходы схем сравнения второго, третьего и четвертого управляемых делителей частоты соединены с входами обнуле ния вторых счетчиков соответствующих управляемых делителейчастоты.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - график, поясняющий работу устройства. 30Устройство для вычисления обратных функций содержит генератор 1 импульсов, ключ 2, делитель 3 аргумента, счетчик 4 аргумента, управляемые делители частоты 5.1-5.4, счет.чик 6, схему 7 сравнения, счетчик 8, элемент 9 задержки, счетчик 10, схему 11 сравнения, счетчики 12 и 13, схему 14 сравнения, счетчики 15 и 16, схему 17 сравнения, счетчик 18, 40 двоичный умножитель 19, вычитающий счетчик 20 результата, вход 21 пуска, вход 22 останова, делитель 23 первого участка аппроксимации.На первом участке О, х , причем х =дх 1=дх, линейная аппроксимация невозможна и она начинается с второго участка (номер участка (п=2) от точки (х 1 у,)Работа устройства основывается на следующих положениях.Приращение аргумента на участке номер и;дх=ах.и, где дх=дх приращению аргумента на первом нерабочемучастке (очевидно, что дхч) ., Координата х конца участка номер и Координата хконца участка номе (и) Р(У )участка номер иа 2 аУ4х д хп (и+1) Приращения (ду) ординаты научастке номер и4 аДУ =У УО= (1)дх (п-.1) п (и+1)(в описании известного устройства абзац 5; строки 12 и 1;3 в знаменателе выражения для ду упущена величи"она дхо). Из этого выражения и следует, что в случае, если размер участка алпроксимации по оси х подчиняетея закону х =дх и то соответОствующее приращение ду формируется с помощью .трех последовательно соединенных управляемых делителей с коэффициентами делений (и); и; (и+1). Закон х=дх и реализуется с помощью:четвертого управляемого делителя,Для начала работы с второго участка аппроксимации в счетчике 8 чет,вертого управляемого делителя должно содержаться число 2, в счетчике 10 первого управляемого делителя - число 1, в счетчике 13 второго управляемого делителя - число 2 и в счетчике 16 третьего управляемого делите- ля - число 3. Если Я - полное число состояний счетчика аргумента 4, то в зависимости от заданного значения х и установленного,дх в счетчик 4 дол- но быть введено число Я-(х-дх) 10 где г - фактор дискретности представления аргумента, целое число. В вычитающий счетчик 20 результата должно быть введено число, соответствующее у . Это число У=10йТехникр-экономическая эффективность предлагаемого устройства достигается путем его упрощения вследствие применения в его конструкции четырех идентичных, т.е, унифицированных управляемых делителей частоты. Это значительно упрощает технологический процесс изготовления устройств в отношении необходимого оборудования, количества разнохарактерных операций, сборки, отладки, испытаний и т.п, Одновременно повышается надежность предлагаемого устройства. 3 110974Устройство работает Следующим образом.При поступлении команды на вход 21 пуска ключ 2 открывается и импульсы от генератора 1 начинают проходить на вход делителя 3 аргумента, от коэффициента деления К которого, равно как и от коэффициента умножения К двоичного умножителя 19, зависят дискретности представления 0 аргумента х и функции у. С выхода делителя 3 импульсы поступают на вход счетчика 4 аргумента. Если в счетчик 4 введена информация о заданном значении х в виде соответствующего дополнительного числа, то импульсом переполнения счетчика 4 ключ 2 закрывается. К этому моменту в счетчике 20 результата накапливается цифровой аналог у, соответствующий 20 заданному х. Если в счетчик 4 информация о заданном значении х не вводится, но вводится цифровой аналог значения х, то устройство работает в режиме воспроизведения функции 25 у=- до исчерпания возможностей схемы,хС выхода ключа 2 импульсы поступают также на вход счетчика б четвертого управляемого делителя частоты. При З 0 двойном переполнении делителя 23, определяющего размер первого (нерабочего) участка аппроксимации, срабатывает схема 7 сравнения и импульсом с ее выхода сбрасывается счетчик б, а в счетчик 8 добавляется "1" и число в нем становится равным трем, при этом следующее срабатывание схемы 7 сравнения происходит при тройном переполнении делителя 2,3 и т.д.,таким 0 образом реализуется закон изменения размера участка аппроксимации Ьх =4 хп. 5 ЬКроме того, импульсами с выхода схемы 7 сравнения увеличиваютсяна единицу числа в счетчиках 10, 13 и 16; эти числа на третьем участке становятся равными 2, 3, 4; на четвертом 3, 4, 5 и т,д при этом коэффициенты деления первого, второго и третьего управляемых делителей частоты меняются в соответствии с алгоритмом (1) работы устройства.Кроме входов делителей 3 и 23 импульсы с выхода ключа 2 приходят на вход счетчика 12 первого делителя, на вход же счетчика 15 второго делителя импульсы поступают с выхода схемы 11 сравнения первого делителя, а на вход счетчика 18 третьего делителя импульсы идут с выхода схемы 14 сравнения второго делителя. Таким образом реализуется последовательное соединение трех делителей, вытекающее из алгоритма (1) работы устройства.С выхода третьего управляемого делителя частоты импульсы проходят к линейному преобразователю - двоич-, ному умножителю 19, который масштабирует результат, а затем к вычитающему счетчику 20 результата