Синусно-косинусный функциональный преобразователь

О П И С А Н И Е 283693ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СОМа Соеетских Социалистических РеопуОликриоритет Комитет по делаве иаобретекий и открытий ори Сосете Мииистрое СССРО. Бюллетень31 Опубликовано 06.Х. ата опубликования описания 22.Х 11.1970 ВСЕСОЮЗНД ч ; "11 БЛИ 3 Е ЕА Авторыизобретени П. М. Чеголин, А. Г. Ярусов и Г, И, Алексе ститут технической кибернетики АН Белорусской СС Заявитель ИНУСНО-КОСИНУСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬль содержит блок тоящий из схемыединичному вылемме знака аргу-нулевой входы енно с входными косинуса, со вхосо входами однои ускания импульса 1 И блока управм, а выход схемы входу одной из ния реверсивным борудование, вы.еременного аргуычисления функ. Предлагаемый синусно-косинусный функциональный преобразователь относится к области вычислительной техники и может найти применение при вычислении синуса или косинуса от аргумента, заданного в виде унитарного кода, в цифровых и цифро-аналоговых вычислительных устройствах.Известен синусно-косинусный функциональный преобразователь, содержащий счетчик со схемой совпадения на входе, подключенный к преобразователю кода в напряжение, триггеры, схемы совпадения, схемы ИЛИ.Недостатком такого преобразователя является невысокая точность работы вследствие накопления ошибки. Кроме того, известный преобразователь не позволяет вычислять функции от отрицательного аргумента.Предлагаемый синусно-косинусный преобразователь отличается от известного тем, что он содержит нелинейный элемент, подключенный к выходу преобразователя кода в напряжение, блок управления реверсивным счетчиком, выполненный на двух схемах ИЛИ, подключенных к триггеру, единичный и нулевой выходы которого подключены соответственно к шинам суммирования и вычитания реверсивного счетчика, и блок пропускания одного импульса кода аргумента при экстремальных значениях выходной функции, выполненный на двух схемах ИЛИ, подключенных через григгер к схеме совпадения, включеннои на входе реверсивного счетчика и связанной вторым своим входом с источником входного сигнала и с входом одной из схем ИЛИ блока пропускания импульсов, при этом дешифрагор, подключенный к реверсивному счетчику, соединен своими выходами, соответствующими нулевому и максимальному числам в реверсивном счетчике, со входами обеих схем ИИ блока управления реверсивным счетчиком и с двумя входами второй схемы ИЛИ блока пропускания импульса,Кроме того, преобразовате 15 учета знака аргумента, сос совпадения, подключенной к ходу триггера и к входной к мента, причем единичный триггера связаны соответств 20 клеммами признака синуса и дами реверсивного счетчика,из схем ИЛИ блока прон и со входами обеих схем И ления реверсивным счетчико совпадения подключен ко схем ИЛИ блока управле счетчиком,Это позволяет сократить о числять функции от знакоп 30 мента, повысить точность в5 И 15 20 Преобразователь 2 предназначен для преобразования двоичного кода, находящегося в реверсивном счетчике 1, в аналоговое напряжение. Преобразователь 2 соединен с нелинейным элементом 3, предназначенным для выполнения кусочно-линейной аппроксимации полупериода синусоиды от отрицательного до положительного экстремума. В зависимости от напряжения, поступающего с преобразователя 2, сопротивление нелинейного элемента 3 изменяется по закону синуса,Дешифратор 4 предназначен для дешифрования кода, находящегося в реверсивном счетчике 1, и формирования импульсов на выходах 18 и 19 соответственно при нулевом и максимальном коде в реверсивном счетчике 1. Выход 18 дешифратора 4 соединен через схемы ИЛИ 10 с нулевым входом триггера 5 и через схему ИЛИ 13 с единичным входом триггера. Выход 19 дешифратора 4 соединен через схему ИЛИ 10 с нулевым входом триггера 5 и через схему ИЛИ 12 с нулевым входом триггера б. 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Триггер 5 предназначен для управления схемой совпадения 8 и единичным выходом соединен с ее входом, На второй вход схемы совпадения 8 поступает унитарный код аргумента с входной клеммы 14, Выход схемы совпадения 8 подключен к счетному входу реверсивного счетчика 1. Входная клемма 14 через схему ИЛИ 11 соединена также с единичным входом триггера 5. Триггер 5, схема совпадения 8, схемы ИЛИ 10 и 11 составляют схему для пропускания одного импульса входного аргумента в моменты, когда этот аргумент принимает значения У, 2 УЙУ, соответствующие экстремальным значениям выходной функции на клемме 20.Триггер б предназначен для управления работой реверсивного счетчика 1. Единичным выходом триггер б подключен к шине суммирования, а нулевым выходом - к шине вычитания реверсивного счетчика 1. Если триггер б находится в единичном состоянии, то счетчик 1 работает в режиме суммирования, если в нулевом - в режиме вычитания.Триггер 7 предназначен для управления схемой совпадения 9. Нулевой вход триггера 7 соединен со входной клеммой 1 б, а единичный вход в со входной клеммой 17, Единичный выход триггера 7 соединен с входом схемы 9, второй вход которого соединен со входной клеммой 15. Выход схемы совпадения через схему ИЛИ 12 соединен с нулевым входом триггера б. Триггер 7 и схема совпадения 9 вместе составляют схему для учета знака аргумента.Аттенюатор (фиг. 2) состоит из резисторов двух номиналов: резисторы 24 - 28 имеют в два раза большее сопротивление, чем резисторы 21 - 23. Аттенюатор предназначен для деления напряжений, поступающих от триггеров 29 - 32, и подключен своими звеньями к единичным выходам этих триггеров. К триггерам 29 - 32 подключены два эталонных напряжения + С, Выход 20 аттенюатора подключен к нелинейному элементу, состоящему из двух частей (диоды 33 - 35 и резисторы 39 - 44 предназначены для кусочно-линейной аппроксимации четверти периода синусоиды от отрицательного экстремума до нуля, а диоды Зб - 38 и резисторы 45 - 50 в д кусочно- линейной аппроксимации четверти периода синусоиды от нуля до положительного экстремума).Резисторы 39, 40; 41, 42; 43, 44; 45, 4 б; 47, 48 и 49, 50 соединены попарно. Свободные концы этих резисторов подключены следующим об. разом: резисторы 39, 41 и 43 - к эталонному напряжению - У резисторы 45, 47 и 49 - к эталонному напряжению + Срезисторы 40, 42, 44, 4 б, 48 и 50 - к нулевой шине (корпусу).Катоды диодов 33 - 35 и аноды диодов Зб - 38 соединены вместе и подключены к выходу аттенюатора. Аноды диодов ЗЗ, 34 и 35 подключены к общим точкам пар резисторов 39, 40; 41, 42 и 43, 44 соответственно. Катоды диодов Зб, 37 и 38 аналогично подключены кобщим точкам пар резисторов 45, 45; 47, 48 и 49, 50.Преобразователь 2 в режиме холостого хода работает следующим образомЕсли триггеры 29 - 32 установлены в нулевое состояние, то на выходах этих триггеров будет эталонное напряжение - У,. Вследствие того, что на все звенья аттенюатора поступает напряжение - У на выходе 20 будет максимальное отрицательное напряжение, близком к - У, (см фиг, 3). При равномерном увеличении числа на триггерах 29 - 32 напряжение в точке 20 ступенчато возрастает, проходя через нуль при коде, равном полови/1не макснмаль - ого- К . При достижении максимального кода У все триггеры 29 - 32 будут в единичном состоянии и на звенья аттенюатора поступает эталонное напряжение ;+ У вследствие чего на выходе 20 аттенюатора будет максимальное положительное напряжение, близкое к + С,.Синусно-косинусный функциональный преобразователь без нелинейного элемента 3 работает следующим образом.Если в реверсивном счетчике 1 пулевое число, то все триггеры 29 - 32 находятся в нулевом состоянии и на их единичных выходах фиксируется эталонное напряжение - С Вследствие того, что на все звенья аттенюатора поступает отрицательное напряжение - У на выходе 20 будет максимальное отрицательное напряжение, близкое к - У, (фиг. 3). При равномерном увеличении числа в счетчике 1 напряжение У в точке 20 ступенчато возрастает, проходя через нуль при коде, равном по/ 1ловине максимального- И . По достижегнии в реверсивном счетчике 1 максимального кода У все триггеры 29 - 32 будут в единичном состоянии и на все звенья аттенюатора будет поступать эталонное напряжение + 11 вследствие чего на выходе 20 будет максимальное положительное напряжение, близкое к + С, (см. фиг, 3).При коде У в счетчике 1 на выходе 19 дешифратора 4 вырабатывается импульс, который проходит через схему ИЛИ 12 и устанавливает триггер б в нулевое состояние, в результате чего реверсивный счетчик 1 переключается в режим вычитания, Импульс с выхода 19 дешифратора 4 через схему ИЛИ 10 поступает также на нулевой вход триггера 5, в результате чего схема совпадения 8 закрывается. (У + 1)-й импульс, поступающий со входа 14, через закрытую схему совпадения 8 на счетчик 1 не проходит. Этот же импульс через схему ИЛИ 11 устанавливает триггер 5 в единичное состояние, открывая схему совпадения 8 для прохождения на счетчик 1 следующих импульсов. Вследствие того, что реверсивный счетчик 1 работает теперь на вычитание, число, находящееся в нем, уменьшается. По мере уменьшения числа в счетчикена 5 ьо 15 го г 5 зо 35 40 45 50 55 60 Я пряжение У,на выходе ПКН также уменьшается. После поступления со входа 14 2 У импульсов число в счетчике равно нулю. При этом на выходе 18 дешифратора 4 вырабатывается импульс, который через схему ИЛИ 13 устанавливает триггер б в единичное со. стояние, в результате чего счетчик 1 переключается на режим суммирования, Импульс с выхода 18 дешифратора 4 поступает также через схему ИЛИ 10 на триггер 5, который устанавливается в нулевое состояние и закры. вает схему совпадения 8. (2 У+ 1)-й импульс через схему ИЛИ 11 устанавливает триггер 5 в единичное состояние, но на счетчик 1 не проходит. При поступлении следующих импульсов со входа 14 синусно-косннусный функциональный преобразователь работает аналогично. Если импульсы со входа 14 поступают непрерывно, то число в реверсивном счетчике 1 циклически изменяется от нуля до И и обратно до нуля, а выходное напряжение У,в точке 20 прп отключенном нелинейном элементе 3 равномерно возрасгет от = - У, до- С, и обратно до : - С В моменты реверсирования счетчика 1 (при поступлении со входа 14 У, 2 У,ЙУ импульсов) один из входных импульсов пропускается. Это необходимо для того, чтобы положительная и отрицательная части ступенчатого пилообразного напряжения У, на выходе 20 преобразователя 2 были симметричны,Нелинейный элемент 3 представляет собой схему, сопротивление которой изменяется в зависимости от поступающего на нее напряжения, и является нагрузкой преобразователя 2,Если напряжение холостого хода Упреобразователя 2 близко к - Ь то диоды 33 - 35 открыты, При этом образуется делитель напряжения, состоящий из внутреннего сопротивления аттенюатора и сопротивления, составленного нз параллельно включенных резисторов 39 - 44. При этом напряжение У на выходе 20 аттенюатора равно - Умакс По мере увеличения числа в счетчике 1 напряжение холостого хода У,преобразователя 2 уменьшается. При этом по очереди закрываются диоды 33 - 35, отключая резисторы 39 - 44, и аттенюатор нагружается нелинейным элементом 3 все меньше и меньше. В тот момент, когда напряжение Упроходит через нуль, все диоды закрыты. По мере возрастаниянапряжения Св положительную сторону начинают открываться диоды 3 б - 38 все больше и больше нагружая аттенюатор. В момент, когда число в счетчике 1 равно максимальному У напряжение /о достигает + С . Резисторы 39 - 50 рассчитаны так, что закон изменения напряжения Уи соответствует отрезку синусоиды от отрицательного экстремума до положительного.Выше было указано, что при непрерывном поступлении импульсов на вход 14 число в реверсивном счетчике 1 циклически изменяется от нуля до У и обратно. Выходное напряже5 10 ние Уо синусно-косинусного функционального преобразователя при этом также циклично изменяется по синусоидальному закону от отрицательного экстремума до положительного и обратно, Закон изменения напряжения Ую во времени синусоидальный.В отличие от обычного генератора синусоидальных колебаний выходное напряжение предлагаемого синусно-косинусного преобразователя может быть зафиксировано на любом значении синусоиды путем прекращения подачи входных импульсов (клемма 14).При вычислении синуса предлагаемый синусно-косинусный функциональный преобразователь работает следующим образом.Перед подачей аргумента синуса на клемму 17 подается признак синуса, которьш устанавливает в единичное состояние триггерь б,би 7 и заносит в реверсивный счетчик 1 число, рав/ 1ное половине максимального - Л . Прп этомгна выходе 20 напряжение Уо равно нулю (точка - У на фиг, 3), а реверсивный счет 12 чик 1 подготовлен к режиму суммирования. Если знак аргумента положительный, то на клемму 1 б не постугает импульс знака, а при поступлении серии импульсов на вход 14 (аргумент задан в виде числа импульсов) напряжение l,о возрастает от нуля. Зто напряжение изменяется во времени по закону синуса от положительного аргумента и после поступления всех импульсов аргумента оно устанавливается на уровне, пропорциональном синусу числа импульсов, поступивших на вход 14,Если знак аргумента синуса отрицательный, то на клемму 1 б поступает импульс знака, который проходит через схему совпадения 9 и схему ИЛИ 12 и устанавливает триггер б в нулевое состояние, что соответствует режиму вычитания реверсивного счетчика 1. При поступлении входных импульсов на клемму 14 напряжение Уизменяется от нуля в отрицательную сторону ио закону синуса отрицательного аргумента.При вычислении косинуса синусно-косинусный функциональный преобразователь работает следующим образом.Перед подачей аргумента косинуса на клемму 1 б поступает импульс признака косинуса, который устанавливает триггер б в единичное состояние, триггеры б и 7 - в нулевое, а в счетчик 1 заносит максимальное число Х Выходное напряжение Уо равно максимальному У (точка У на фиг. 3), а реверсивный счетчик 1 подготовлен к режиму вычитания, Вследствие того, что триггер 7 находится в нулевом состоянии и схема совпадения 9 закрыта, знак аргумента косинуса (клемма 15) не учитывается. При поступлении серии импульсов аргумента на вход 14 выходное напряжение 4 ю уменьшается от положптелы 1 ого экстремума 20 25 30 35 40 45 50 55 60(фиг. 3), т. е. изменяется по закону косинуса независимо от знака аргумента (функция косинуса является четной),Таким образом, предлагаемый синусно-косинусный функциональный преобразователь позволяет вычислять значения синуса или косинуса от аргумента, заданного в виде унитарного кода. При этом учитывается знак этого аргумента. Точность вычислений зависит от числа разрядов и точности работы преобразователя кода в напряжение, числа звеньев и стабильности работы нелинейного элемента,Предмет изобретения 1. Синусно-косинусный функциональный преобразователь, содержащий реверсивный счетчик со схемой совпадения на входе, подклюценный к преобразователю кода в напряжение, отличаощийся тем, что, с целью повышения точности работы преобразователя при больших значениях аргумента, он содержит нелинейный элемент, подключенный к выходу преобразователя кода в напряжение, блок управления реверсивным счетчиком, выполненпый на двух схемах ИЛИ, подключенных к триггеру, единичный и нулевой выходы которого подключены соответственно к шинам сум. мирования и вычитания реверсивного счетчика, и блок пропускания одного импульса кода аргумента при экстремальных значениях выходной функции, выполненный на двух схемах ИЛИ, подключенных через триггер к схеме совпадения, включенной на входе реверсивного счетчика и связанной вторым своим входом с источником входного сигнала и с входом одной из схем ИЛИ блока пропускания импульса, при этом дешифратор, подключенный к,реверсивному счетчику, соединен своими выходами, соответствующими нулевому и максимальному числам в реверсивном счетчи ке, со входами обеих схем ИЛИ блока уп. равления реверсивным счетчиком и с двумя входами второй схемы ИЛИ блока пропускания импульса.2. Синусно-косинусный функциональный преобразователь по п. 1, отлачающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможкостей устройства, он содержит блок учета знака аргумента, состоящий из схемы совпадения, подключенной к единичному выходу триггера и к входной клемме знака аргумента, причем единичный и нулевой входы триггера связаны соответственно с входными клеммами признака синуса и косинуса, со входами реверсивного счетчика, со входамп одной из схем ИЛИ блока пропускания импульса и со входами обеих схем ИЛИ блока управления реверсивным счетчиком, а выход схемы совпадения подключен ко входу одной из схем ИЛИ блока управления реверсивным счетчиком,