Функциональный преобразователь

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ 11805337(23) Приоритет -Государственный комнтет СССР но делам нзобретеннй и открытийДата опубликования описания 170281 541 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к вычислительной технике й может быть применено в аналого-цифровых вычислительных машинах, в приборах.и устройствах автоматики и измерительной техники, а также в ряде других устройств, в которых возникает необходимость воспроизведения нелинейных Функций.Известны функциональные преобразователи, которые содержат выходной усилитель, преобразователи цифро" аналог, компараторы, логическую схему, счетчик адреса и запоминающий блок. Данные преобразователи позволяют автоматизировать набор характера нелинейной зависимости Ц .Недостатками преобразователя яв" ляются ограниченность класса воспроизводимых функций, невысокие показатели точности надежности, быстродействия и т.д.Наиболее, близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее устройство определения знака производной, подключенное к выходу источника входного сигнала, запоминающее устройство, счетчик адреса, выход которого соединен со входом запоминающего устройства, коммутаторы, управляющие входы которых соединены с выходом устройстваопределения знака производной, буферный регист, подключенный через коммутатор к выходу запоминающего устройства, цифроаналоговые преобразователи, входы которых соединены с выходами определенных разрядов буферного регистра, а выходы - со входамидругих коммутаторов, сумматор, входыкоторого подключены к выходам соответствующих коммутаторов, компараторы, входы которых соединены с выходами источника входного сигнала исоответствующих цифроаналоговых пре образователей, а выходы подключеныко входам коммутаторов и счетномувходу счетчика адреса, и при этом выход источника входного сигнала соединен со входами двух цифроаналоговых 20 преобразователей21 .Однако устройство обладает существенным недостатком - сравнительнонизкой точностью, которая обусловлена применением компараторов для сравнения входного сигнала с заданными. его значениями в узлах аппроксимации. Компараторы вследствие наличиязоны нечувствительности и гистерезиса не позволяют производить сравнение 30 сигналов, незначительно отличающихся.друг отдруга. Это приводит к ограничению числа участков аппроксимациии к ограничению снизу длины каждогоиз участков аппроксимации (длинаучастка аппроксимации не может быть,.выбрана меньше удвоенного значениязоны нечувствительности компаратора),что ведет в свою очередь к понижениюточности воспроизведения функций известным устройством. Понижение точности устройства связано также с необходимостью преобразования значений аргумента в узлах аппроксимации, зада=ваемых с некоторой погрешностью цифровым кодом, в аналоговую форму. Последнее обуславливает неэффективностьприменения для сравнения аналоговых .15сигналов, один из которых являетсяаргументом Функции, а другой - егозначением в узле аппроксимации, высоко чувствительных компараторов, которые приводят к значительным усложне Ониям схемы устройства,Цель изобретения - повышение точности Функционального преобразователя.Поставленная цель достигается тем, 25что в устройство, содержащее сумматор, три коммутатора, четыре цифроаналоговых преобразователя, буферныйрегистр, блок памяти, счетчик адреса,блок определения знака производной,выход которого соединен с первымивходами трех коммутаторов и вводомсчетчика адреса, выход счетчика адреса соединен со входом блока памяти,выход которого соединен со вторымвходом первого коммутатора, выходкоторого подключен ко входу буферного регистра, первый, второй, третийи четвертый выходы которого соединены соответственно со входами первогои второго и первыми входами третьего 40и четвертого цифроаналоговых преобразователей, выходы первого и второгоцифроаналоговых преобразователей подключены соответственно ко второмуи третьему входу второго коммутатора, а выходы третьего и четвертогоцифроаналоговых преобразователей соединены соответственно со вторым итретьим входом третьего коммутатора,выходы второго и третьего коммутаторов соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выходкоторого является выходом преобразователя, причем вторые входы третьего ичетвертого цифроаналоговых преобраэо"вателей и вход блока определения знака производной объединены и являютсявходом преобразователя, введены аналого-цифровой преобразователь, дваблока сравнения и два триггера, приэтом выход аналого-цифрового преобраэователя соединен с первыми входамипервого и второго блоков сравнения,выходы которых подключенык установоч ным входам соответственно первого ивторого триггеров, причем выход пер- д вого триггера соединен со счетнымвходом второго триггера, третьим входом первого коммутатора и четвертымивходами второго и третьего коммутаторов, выход второго триггера подключен к счетному входу первого триггера,. четвертому входу первого и пятым входам второго и третьего коммутаторов, вторые входы первого ивторого блоков сравнения соединенысоответственно с пятым и шестым выходами буферного регистра, а входаналого-цифрового преобразователяявляется входом функциональногопреобразователя.На чертеже приведена блок-схемаустройства.Схема содержит источник 1 входного сигнала, блок 2 определения знакапроизводной, блок 3 памяти, счетчик 4 адреса, коммутаторы 5-7, буФерный регистр,8, цифроаналоговыепреобразователи 9-12, сумматор 13,аналого-цифровой преобразователь 14блоки 15 и 16 сравнения, триггеры 17и 18, выход устройства 19.Устройство работает следующим образом.Воспроизводимую функцию аппроксимируют кусочным полиномом первой степени, так что1 ф. э+Ьх,где- номер интервала аппроксимации О; Ь- полиноминальные коэффициенты, которые .известны для всех участков аппроксимации и хранятся в блоке 3 памяти.В буферный регистр 8 занесены начальные значения точек квантования аргумента, полиноминальных коэффициентов на двух соседних. (обычно в начале области изменения аргумента участках аппроксимации, что достигнуто установкой счетчика 4 адреса в оп-. ределенное состояние. Значения аргумента в точках квантования х и х; с буферного регистра 8 поданы на входы блоков 15 и 16 сравнения соответственно, и значения коэффициентов аи ас соответствующих разрядов буферного регистра 8 через цифроаналоговые преобразователи 9-12 подаются на входы коммутаторов 6 и 7. Входной сигнал, преобразуемый в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 14, подается на вторые входы блоков 15 и 16 сравнения.Точность выполнения операции сравнения кодов Х Х и Х,определяется4 4 4 ФФвыбором длины разрядной сетки буферного регистра 8, в которых хранятся значения Х, Хи точностью пред" ставления входйого сигнала х цифровым кодом и во много раз превышает аналогичные показатели при сравнении х и х х с помощью компараторов. Ф,(Для управления работой коммутаторов 5-7 к ним подключены выходы триггеров 17 и 18 и блока 2 определения ячейки, содержащие информацию о хазнака производной. Коммутатором 5 рактеристиках к-го участка аппроксиосуществляется подключение ячейки мации х а5которые заносятсяблока 3 памяти к определенным входным в те разряды буферного регистра 8, вцепям буферного регистра 8. Тригге- которых хранилась информация о харакры 17 и 18 устанавливаются в опреде- теристиках к-го участка аппрокснленное состояние 11011 или "1" сигна- мации х , а, Ь 1, При достиженииЬами 1 подаваемыми на них с выходов переменной х величины, равной значе-4 локов 15 и 16 сравнения кодов. нию хна выходе блока 16 сравненияПереход одного из триггеров 17 и вырабатывается сигнал, которым триг 18 из состояния "011 В состояние 11" при-, гер 18 переводится из состоянияводит к переключению по счетному вхо- в состояние 1 , что в сво ред1011 ив свою оче дьду другого триггера из состояния 11" приводит к переключению триггера 1711 11 е "0".в состояние 1 Он, Счетный вход счетчи- из состояния 1 в состОяниека адреса и подключен к выходам триг- Следствием этого переключения триггеров 17 и 18, а управляющий -к вы- геров 17 и 18 является появления находу блока 2 определения знака произ выходе коммутаторов 6 и 7 сигналов,водной и переход одного из этих пропорциональных значениям а 4 итриггеров из состояния 101 в состо- ,х, что приводит к формированию наяние "1" приводит к увеличению на 1 выходе 19 сумматора 13 сигналасодержимого счетчика 4 адреса при положительной производной аргумента Х 2 О к 1= ак,Ьк,Х,и уменьшению на 1 содержимого счетчика 4 адреса при отрицательной прочз- которым определяется функция на к+1-омводной. На выходе аналого-цифровых участке аппроксимации, Одновременнопреобразователей 9 иб й 9 11 получаем сиг- состояние счетчика 4 адреса увеличиналы, пропорциональные коэффициентам вается на 1 в разряды буферного реа а на выходе.преобразовате- гистра 8, в которых хранилась инфор, -а; и а+,1 алей 10 и 12 - пропорциональные про- мация о характеристиках к-го у частизведениям 1 х и 4 чх сЪ и х соответственно ка г пРоксимации хк 1. ак Ьк 1через открывшиеся цепи коммутатораВ зависимости от состояНия тригге"ров 17 и 18 и знака производной вход заносится информации о характерис.ного сигнала на выходе коммутатора30 тиках к+2-го участка аппроксимациих1 а + 1 Ь . Дальнейшее Увелиполучаем сигналы, пропорциональные а; хК 2 1 ак+21 К,.2 а ьчение входного сигнала х приводитили а; при положительной производнойи аили а при отрицательной произк повторению описанного цикла.водной, а на выходе коммутатора 1 Р хй а а ыходе коммутатора 7 х В случае изменения знака произв положительной производной 35 водной входного сигнала х счетчик 4или й+,при положительной производноО х пр отрицательной про- адреса переводится сигналом 1 снимаизводной,знака производной, в режим вычитаПусть значение переменной х таковб, что его производная положительна ния и теперь ко входам коммутатора 5подключается ячейка блока 3 памятии на выходе блока 16 сравнения сигнал 401равен нулю соответствует выполнениюет выполнениюет выполнению в торой хранится информация о хаусловия - выходной сигнал прео разоваыхо ой сигнал преобразова- Ракт ристи ах не последующего апредыдущего интервала аппроксимации,теля 14 меньше сигнала, подаваемого8 а котоРаЯ, как и Ранее, по пеРеключефых блока 15 сравнения нию триггеров 17 и 18 заносится всоответствующие разряды буферногоравен единице. Этим сигналом триггер 17 переключается из состояния регистра 8."0" в состояниеи переводит триггер 18 в состояние О . В этом случае10" В этом случае до величины хКприведет к изменена выходе коммутаторов и появляп опо циональные а и фО триггеров 17 и 18, в результате чевкх соответственно (к - число, храго на выходе коммутаторов 6 и 7 обнймое в счетчике 4 адреса до пере- разуются сигналы, пропорциональныеключения триггера 17, равное номеру значениям ах,и Ь,х, что приводитк появлению на выходе 19 сумматора 13интервала аппроксимации), суммирование которых приводит к появлению иа 55 сигналавыходе сигнала 1 х 1= а+Ьк,тХа к к Х 1 Одновременно в буферный регистР 8оторым на к-ом интервале аппроксима- заносятся значени хя а Ь иции и определяется воспроизводимая 40 цикл повторяется,ф кция При этом переход триггера 17УН Таким образом, введение аналого"11 об славливает увеличе- цифрового преобразователя, бло во сл кое ов ля и авленияние числа, хранимого в счетчике 4 сравнения и триггеров для у радреса на 1, и из блока 3 памяти ко. :Работой коммутаторов за счет отсутствходам коммутатора 5 подключаются вия цифроаналогового преобразователяи выполнения сравнения входного сигнала с его значением в узлах аппро. ксимации, представляемых цифровым кодом, позволяет при определенном выборе количества разрядов кода производить сравнение сигналов, отстоящих друг от друга на сколь угодно малое расстояние, а следовательно, повысить точность функционального преобразователя за счет увеличения числа участков аппроксимации при их рроиззольной длине.Формула изобретенияФуижциональный преобразователь, содержащий сумматор, три коммутатора, четыре цифроаналоговых преобразователя, буферный регистр, блок памяти, счетчик адреса, блок определения знака производной, выход которого соеди нен с первыми входами трех коммутаторов и вводом счетчика адреса, выход счетчика адреса соединен со входом блока памяти, выход которого соединен со вторым входом первого коммутатора, 2 выход которого подключен ко входу буферного регистра, первый, второй, третий и четвертый выходы которого со единены соответственно со входами ,первого и второго и первыми входами третьего и четвертого цифроаналоговых ,преобразователей, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно ко второму и третьему входу второго коммутатора, а выходы третьего и четвер- З того цифроаналоговых преобразователей соединены соответственно со вторым и третьим входом третьего коммутатора, выходы второго и третьего коммутаторов соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом преобразователя, причем вторые входы третьего и четвертого цифроаналоговыхпреобразователей и вход блока определения знака производной объединеныи являются входом преобразователя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности, в неговведены аналого-цифровой преббразователь, два блока сравнения и дватриггера, при этом выход аналогоцифрового преобразователя соединен спервыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых подключены к установочным входам соот-.ветственно первого и второго триггеров, причем выход первого триггерасоединен со счетным входом второготриггера, третьим входом первого коммутатора и четвертыми входами второго и третьего коммутаторов, выходвторого триггера подключен к счетному входу первого триггера, четвертому входу первого. и .пятым входамвторого и третьего коммутаторов,.вторые входы первого и второго блоков сравнения соединены соответственно с пятым и шестым выходами буферного регистра, а вход аналого-цифрового преобразователя является входомФуикционального преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Гинсбург С. А, и Либарский Ю.ЯФункциональные преобразователи саналого-цифровым представлением инФормации. М., "Энергия.", 1973.2. Авторское свидетельство СССРМ 459777, кл. С, Об Р 15/20, 1973прототип).04/72 Тираж 756 ПоИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытийМосква Ж"35 Раушская наб. . 4П ное ПП "Патент , г. ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель А, Баранов Лыжова Тех едЖ.Кастелевич Ко кто Г.Р