Цифро-аналоговое устройство для извлечения квадратного корня

ееатен бЫд,:," -.-ОП ИСАЙИ Е И 306 РЕТЕН Ия474026 Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к свнд-ву -51) М.К 06 т 3/О 22) Заявлено 15,05.73 (21) 1918303,18-2 присоединением вки ЛЪ -Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытии(72) Авторы изобретен и Трохин, В. М. Перельмутер, Г. Б. Энтив, В,А. М. Бродецкий Украинский заочный политехнический институтВЛЕЧЕНИЯ Е УСТРОЙСТВО ДЛАТНОГО КОРНЯ алоговый тике те(23) Приоритет -Опубликовано 14,06.75,Дата опубликования опис Изобретение относится к автома, пемеханике и вычислительной технике.Известны цифровые устройства для извлечения квадратного корня, содержащие генератор тактовых импульсов и блок формирования 5 корня квадратного из числа импульсов.С целью повышения точности в такое цифро-аналоговое устройство введены счетчик остатков, регистр оперативной памяти, преобразователь число-импульсного кода в напряже ние и схема синхронизации, воды которой подключены к входу устройства и первому выходу генератора тактовых импульсов, причем первый вход блока формирования корня соединен с выходом схемы синхронизации и пер вым входом счетчика остатков, а второй вход подключен к выходу регистра оперативной па. мяти, счетный вход которого соединен с выходом счетчика остагков, подключенного своим вторым входом к выходу блока формирования 20 корня и входу преобразователя число-импульсного кода в напряжение, тактовый вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов, а второй выход генератора подключен к тактовому входу ре гистра оперативной памяти. Изобретение обеспечивает высокоточное влечение квадратного корня, благодаря заминанию и учету остатка с последующим преобразованием результата в ансигнал,На фпг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - развернутая схема устройства; на фиг. 3 - . - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит:- генератор 1 тактовых импульсов, формирующий две последовательности импульсов Р, и Р сдвинутые по времени на половину периода их следования;- схему синхронизации 2, обеспечивающую ввод импульсов преобразуемой частоты/входной последовательности ,. осуществляетвыборку ряда импульсов 1-го, 4-го, 9-го, 16-гои т. д.;- преобразователь 4 число-импульсногокода в постоянное напряжение;- счетчик остатков 5;- регистр 6 оперативной памяти.Принцип действия цпфро-аналогового устройства извлечения квадратного корня поблок-схеме (фиг, 1) состоит в следующем.Преобразуемая частота . через схемусинхронизации 2 поступает на вход блока 3формирования 1,., а также на вход счетчикаостатков 5 синхронно с тактовой частотой Р3вырабатываемой генератором 1, С выходаблока формирования 3 число импульсов, соотВетствующее 1 , поступает на вход преобра/зователя 4 число. импульсного кода в напря)КСНИЕ, В КОТОРОЛ Па ВЫХОДЕ ТРИГГЕРс УПРВВлсния появляется широтно-импульсно-модулированный сигнал с изменением скважностп,пропорциональны)1 числу импульсов на егоВходе. Период ШИМ-сигнала постоянньш иопределяет время цикла работы узлов 3, 5, 6.Остаток, образованный к концу цикла всчетчике 5, переносится в регистр 6, откуда вначале следующего цикла переносится вузел 3, где суммируется с импульсами преобразуемой частоты,Далее извлечение квадратного корня происходит с учеточ остатка. При этом числоимпульсов, поступивших на вход преобразователя 4, в текущем периоде будет либо равночислу импульсов Л предыдущего периода, либо увеличится на единицу (Л + 1), в зависимости от интенсивности накопления остатка, т, е, в зависимости от входной последовательности , . Извлечениекорня с учетом остатка позволяет решать эту задачу с высокой точностью. Подробнее работу устройства можно рассмотретьна развернутой функциональной схеме, приведснной на фиг. 2.Рассмотрим предварительно работу преобразователя 4 при отсутствии входной последовательности импульсов ,Преобразователь 4 число-импульсного кода в напряжение содержит входной логический элемент И 7, два счетчика импульсов8, 9, триггер управления 10, формирователь 11импульсов установки начальных условий ибялансный сглаживающий фильтр 12,Счетчик 9 непрерывно заполняется импульсами тактовой частоты Р 1, а моменты егопереполнения определяют период колебаниятриггера управления 10. С изменением состояния триггера 10 по переполнению счетчика 9 устанавливается разрешающий потенциал на входе схемы И 7 и начинается заполнение счетчика 8 импульсами тактовой частоты Р 1; поскольку емкость этого счетчика выбрана в два раза меньше емкости счетчика 9,оп переполнится ровно в середине периода исбросит триггер 10 в исходное состояние. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразоватсля -1 в данном режиме,приведены на фиг. За.Таким образом, при отсутствии преобразусчой частоты ),. на выходе триггера 10 появляется импульсное напря)кение со сквяжпостыо, равной7;,т + г = 0,5,где Т - длительность импульса; Т - длительность паузы, а среднее за период напряжение па выходе4сглаживающего фильтра 12 равнонулю.При возвращении триггера 10 в исходноесостояние по переполнению счетчика 8 форми 5 ровятсль1 формирует импульс установки xачялшых услов;1 й сО) чиков 13, 14, 15. Этончпульсопределяет начало цикла работыузлов 3, о, 6.В исходном сосО 1 пи В счетчике 13 зяппП Сс 1 НО ЧР 1 СЛО 2" - 1, ГДС- ЧИСЛО ряэр 51 довсчетчика, в счетчикс 14 записано число ;;ля счетчика 15 пс.;о 11 ое состояние - нулевое.Поразрядные выходы счетчика 14 соединен пы через блок схсч совпадения 16 со входомсчетчика 13 со сдвигоч вправо на один разР 51 Д.Преобразуемая частота через схему синхронизации 2 поступает одновременно па вхо 2 о ды счетчика импульсов 13 и счетчика остатков 15 синхронно с тактовой частотой Е 1.Первый импульс входной частоты переполняет счетчик 13 (так как в нем было записаночисло 2" -- 1) и его импульс переполнения2 Б разрешит перепись обратным кодом содержимого счетчика 14 в счетчик 13, запишет единицу в первый разряд счетчика 13 и добавитединицу в счетчик 1 с 1.1 х приходу второго импульса входной чазо стоты в счетчике 13 запишется число 2" - 3,я в счетчьи(е 14 -- число 2.Четвертый импульс с вновь переполнисчстчик 13. Его импульс переполнения аналогично предыдущему разреши перепись соЗя держимого счетчика 14 в счетчик 13, запишет единицу в первый разряд этого счетчикаи добавит единицу в счетчик 14.Далее с каждым следующим переполненисл счетчика 13 описанный выше процесс пов 4 О торяется, При этом импульсы переполнениясчетчика 13 соответствуют 1-ому, 4-ому, 9-ому,16-ому и т. д. импульсам входной последовательности.Таким образом, па выходе счетчика 134 формируется ряд импульсов, который соответствует целочисленному значению корня квадРВТПОГО ИЗ КОЛИЧССТВс 1 ИЛПУЛЬСОВ, ПОСТУПИВших па его вход за период колебания выходного триггера 10.Ь 6 БЫХоднЫС ПМусСЫ СЧСтсИКя 13 ПОСуня.ют чсрез элемент ИЛИ 17 па сборс счетчика ос гатка5, поэтому В нем к концу периодаостается число, равное разности ме)кду числом импульсов, поступивших пя вход счетчи 55 ка 13, и старшим импульсом выходного ряда.Остаток, образ(шанный в счетчике 15, в моменты формирования импульсов установки паяльных условий формпровагслсм 11 (началоцш(ля) переносится параллельным обратным60 кодом через блок схем совпадения 18 в регистр 19, я триггер 20 устанавливается в единицу и разрешает поступление импульсов тактовой частоты У и входы регистра 19 и счетчика 13 чсрсз схему совпадения 21 до заполбя нсния регистра 19, 4740205При этом на вход счетчика 13 в начале цикла будет введено последовательным кодом дополнительно к импульсам число импульсов, равное остатку предыдущего периода.По заполнении регистра 19 оперативной памяти триггер 20 сбрасывается в нуль и запрещает поступление импульсов Рз на вход счетчика 13. С выхода счетчика 13 импульсы, соответствующие 17, непрерывно поступают на вход 5.го разряда счетчика 8 (при гв = 9) синхронно с тактовой частотой Рз дополнительно к импульсам тактовой частоты Г 1. При этом переполнение счетчика 8 происходит раньше и скважность импульсного напряжения на выходе триггера 1 О, а также среднее значение напряжения за период на выходе балансного фильтра 12 изменяется пропорционально числу импульсов, поступающих на вход преобразователя. Временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя в этом режиме, приведены на фиг. Зб.Одним из основных параметров цифро-ана. логового устройства извлечения квадратного орня является период колебания выходного триггера 10, определяющий цикл работы узлов 3,5,6.Его зависимость от тактовой частоты и емкости счетчика 9 может быть выражена такТвых= Тт 2 "вгде Тт - период тактовой частоты.Период колебания выходного триггера ограничивает диапазон преобразуемых частот снизу. Минимальная частота / .и может быть найдена из условия, что за период Т, в счетчик 13 запишется хотя бы один импульс этой частоты, т. е.Т, .(7 ьых= Тт 2 птпахили1 ви7 выхвДругим важным параметром является ем- КОСТЬ 2 "гз СЧЕтЧИКа 1,3. От ЕМКОСТИ ЭТОГО СЧЕТ- чика зависит верхняя граница диапазона преобРазУемых частота - 7 п,ах .За время Т,ыв счетчик 13 до его переполнения может быть записано (2 "гз - 1) импульсов, соответственно период максимальной преобразуемой частоты (с учетом 1) будет равен7 твых т - гпгп 2 пи -"пах и7Л впри 2213 а 9) 7 = Рт, но так как поступает на вход счетчика 13 синхронно с тактовой частотой, то необходимо выполнение условия ,х=:. ГтОтносительный диапазон преобразуемыхчастот равен10Для смещения диапазона преобразуемыхчастот в нижнюю илп верхнюю область необходимо соответственно уменьшить илп увеличить тактовую частоту.Как видно пз описания работы устройства,числа разрядов счетчика 14 н 8 выбирается равньм 71.1 = 2 з - 1; 2 з =- 229 - 1, 1 79 желательно выбиРать Рдгхным 279, так как Умен- шение числа разрядов пз и соответственно пз привело бы к сужению дпандзонд в области низких частот.С другой стороны, для преобразовани 11чсла импульсов, соотвстствующих 1 2, достаточно емкости счетчика, равной 1 2"1 з, поэ тому, с целью повышения крутизны выходнойхарактеристики преобразователя 1, импульсы с выхода счетчика 13 подаются на вход пятого разряда счетчика 8.Число разрядов счетчика остатков 15 и ре гистра 19 оперативной памяти выбирается пзрасчета максимально возможного остатка.Например, при пз =- 1 О и максимальнойпреобразуемой частоте остаток будет составлять 62 импульса. В этсо случае достаточно 35 выбрать 7715 = а 9 = 6.Предмет изобретенияЦифро-аналоговое устройство для нзвлече ния квадратного корня, содержащее генератор тактовых импульсов и блок формирования корня квадратного нз числа импульсов, от,гачаюи 1 еесл тем, что, с целью повышения точности, в устройство введены счстчик остатков, 45 регистр оперативной памяти, преобразовательчисло-импульсного кода в ндпряженнс и схема синхронизации, входы которой подключс.ны к входу устройства и первому выходу гснератора тактовых импульсов, причем первый 50 вход блока формирования корня соединен свыходом схемы синхронизации и первым входом счетчика остатков, а второй вход подключен к выходу регистра онсрдтнвной пдм 1- ти, счетньш вход которого соедшсн с выходоз: 55 счетчика остатков, подключенного своим вторым входом к вьходу блокд формнровдн 1 корня и входу преобрдзовдсля число-импульсного кода в напряжение, тактовьш вход которого соединен с вторым выходом гснсрд тора тактовых импульсов, д второй выход гс.нератора подключен к тактовому входу регистра оперативной памяти.474026 уг Составитель В. ГрушаТекред М. Семенов Редакт рректор Л. Котова анк Заказ 599 Изд. Ж. 1511 Подписное 679 ЦНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретениТ Москва, Ж, Раушска ОТ, Загорский филиа