Цифровой генератор функций

ОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 359 0 06 Р 1 02 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р(54)(Ций ОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельР 485440; кл. 6 06 Р 1/02,2, Авторское свидетельст034, кл. С 06 Р 1/02,отип). 57) 1. ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКсодержащий блок вычисления конечных разностей первый коммутатор .кодов, схему сравнения, делитель частоты, элемент задержки, коммута" тор импульсов, счетчик участков и блок памяти, управляющий вход которого соединен с входом задания режима генератора и управляющими входами коммутатора импульсов и первого коммутатора кодов, первый инФормацион" ный вход которого соединен с первым выходом блока памяти, первый и второй инФормационные входы которого соединены соответственно с первым выходом. блока вычисления конечных разностей и выходом счетчика участков, счетный вход которого соединен с первым выходом коммутатора импульсов, инФоумационный вход которого соединен с выходом схемы сравнения и входом элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом блока вычисления конечных разностей и установочным входом делителя частоты, счетный вход и выход которого сое динены соответственно с входом тактовой частоты генератора и первым ин-. Формационным входом блока вычисления конечных разностей, вход тактовой частоты и второй инФормационный вход которого соединены соответственно с входом тактовой частоты и инФормаци-,9,8 ОА онным входом генератора, выход первого коммутатора кодов соединен с первым входом схемы сравнения, выход делителя частоты соединен с третьим инФормационным входом блока памяти, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью.повышейия точности вычисления, в него введены счетчик импульсов, второй и третий коммутаторы кодов и суьматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым выходом блока вычисления конечных разностей и выходом второго коммутатора кодов, управляющий и первый и второй инФормационные входы которого соединены соот" ветствеино с входом задания режимагенераторапервым выходом блока вычисления конечных разностей и вторым выходом .блока памяти, второй выход коммутатора импульсов соединен с уп- С равляющим входом сумматора и в%одомФ счетчика импульсов, выход которогосоединен со счетным входом счетчика. участков, выход сумматора соединен с, выходом генератора и вторым инФорма" ционным входом первого коммутатора кодов, выход делителя частоты соеди- нен с первым инФормационным входом третьего коммутатора кодов, второй инФормационнь 1 й и управляющий входы которого соединены соответственно с входом констант и входом задания ре-, жима генератора2. Генератор по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок вычисления конечных разностей содержит два коммутатора два регистра и два сум. матора, причем первый инФормационный вход блока соединен с управляющим входом первого коммутатора, ииФормационный вход которого соединен с вторым инФормационным входом блока, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго коммутатора, тактовый вход которого соединен с выходом первого сумматора, первый1019423 0 величины второй конечной разности на яи 20 схему сравнения, делитель частотй, элемент задержки, коммутатор импуль сов, счетчик участков и блок памяти,управляющий вход которого соединен с входом задания режима. генератора и управляющими входами коммутатора импульсов и первого коммутатора кодов, первый информационный вход которого З 0 соединен с первым выходом блока па.-: и второй информационные входы которого. соединены соответственно с первым восходом первого коммутатора ивыходом первого регистра, вход которого соединен с вторым выходом первого коммутатора, управляющие входысумматоров соединены с тактовым входом блока, первый и второй выходыИзобретение относится к автоматик и вычислительной технике; предназначено для воспроизведения во времени функциональных зависимостей. Оно может найти применение при построении устройств управления приводами с программным управлением, роботов- манипуляторов, в инФормационно-измерительных системах, обрабатывающих информацию, представленную в виде кода.Известен цифровой генератор функ ций времени, который содержит управляемый делитель частоты (счетчик ар-. гумента), блок число-импульсного умножения (набор генераторов фиксированных частот и элементов И,ИЛИ), счетчик ординат, блок памяти, счетчик участков аппроксимации. В устройстве используется кусочно-линейна аппроксимация воспроизводимой функци с неравномерным разбиением области определения (1). Недостатками устройства являютсяизлишние аппаратурные затраты и ог"раниченные функциональные возможности - отсутствие автоматического выбора интервала аппроксимации и расчета приращений кода между узловымиординатами функции, заданной нели"нейно изменяющимся во времени дноич.ным кодом,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяфункциональный преобразователь, содержащий делитель частоты (счетчикаргумента), блок памяти, блок конечных разностей, счетчик участков аппроксимации, схему сравнения, элеме нт э адержки коммутатор, шифратор,коммутатор импульсов, блок число-импульсного умножения, счетчик ординат,В устройстве, наряду с кусочнолинейной аппроксимацией и неравномерным шагом разбиения области определения воспроизводимой функции,осуществляется автоматическое формирование значений кодов длины участка аппроксимации и приращений ординат функций между узловыми точками,35 45 50 второго коммутатора соединены соответственно с первым выходом блока ивходом второго регистра, выход которого соединен с первым информационным входом второго сумматора, вто-рой информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора ивторым выходом блока. т.е. автоматическая перестройка генератора функций на воспроизведение заданной зависимости 2 ),Недостатками известного устройства являются низкая инструментальная точность, невысокая чувствительность и излишние аппаратурные затраты.Низкая чувствительность связана с ограниченной возможностью вычисления минимальном интервале и, следовательно, с ограничением накладываемой намаксимальный интервал аппроксимации.Излишние аппаратурные затраты обусловлены, в основном, принятым способом вычисления. Целью изобретения является повышение точности вычисления,Поставленная цель достигается.тем,что в цифровой генератор функций,содержащий блок вычисления конечныхразностей, первый коммутатор кодов,мяти, первый и второй информационные, входы которого соединены соответ.ственно с первым выходом блока вы"числения конечных разностей и выходом счетчика участков, счетный входкоторого соединен с первым выходомкоммутатора импульсов, информационный вход которого соединен с выходомсхемы сравнения и входом элементазадержки, выход которого соединен суправляющим входом блока вычисленияконечных разностей и установочнымвходом делителя частоты, счетныйвход и выход которого соединены соответственно с входом тактовой частоты генератора и первым информационным входом блока вычисления конечных разностей, вход тактовой частоты и второй информационный вход которого соединены соответственно с входом тактовой частоты и информационным входом генератора, выход первого коммутатора кодов соединен с первым входом схемы сравнения, выход делителя частоты соединен с третьим информацибнным входом блока памяти, дополнительно введены счетчик импульсов, второй и третий коммутаторы кодов и сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым выходом блока вычисле ния конечных разностей и выходом 10 второго коммутатора кодов, управляющий первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с входом задания режима .гене- . ратора, первым выходом блока вычисле 15 ния конечных разностей и вторым выходом блока памяти, второй вход ком-. мутатора импульсов соединен с управляющим входом сумчатора и входом счетчика импульсов, выход которого р 0 соединен со счетным входом счетчика участков, выход сумматора соединен с выхоцом .генератора и вторым инФормационным входом первого коммутатора кодов, выход делителя частоты р 5 соединен с первым информационном входом,третьего коммутатора кодов, второй информационный и управляющий входы которого соединены соответственно с входом констант и входом задания режима генератора.Блок вычисления конечных разностей содержит два коммутатора, два регистра и два сумматора, причем первый информационный вход блока соеди. нен с управляющим входом первого коммутатора, информационный вход которого соединен с вторым информационным входом блока, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго коммутатора, тактовый 40 вход которого соединен с выходом первого сумматора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым выходом первого коммутатора и выходом перво го регистра, вход которого соединен . с вторым выходом первого коммутатора, управляющие входы сумматоров соеди" иены с тактовым входом блока, первый и второй выходы второго коммутатора 50 соединено соответственно с первым выходом блока и входом второго регистра, выход которого соединен с первым информационным входом второго сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора и вторым выходом блока.На фиг. 1 представлена блок-схема . генератора; на фиг. 2 - блок-схема блока вычисления конечных разностей. 60Цифровой генератор функций содержит блок 1 вычисления конечных раз-. ностей, коммутатор 2 кодов, схему 3 сравнения, коммутатор 4 кодов, делитель 5 частоты, сумматор б, коммута тор 7 импульсов, элемент 8 задержки, счетчик 9 импульсов, коммутатор 10 ,кодов, блок 11 памяти, счетчик 12 участков, входы 13-15 генератора.Блок 1 вычисления конечных разнос тей содержит сумматор 16, регистр 17, коммутатор 1 У, сумматор 19, коммутатор 20 и регистр 21.В основу работы устройства в режиме обучения положен принцип определения числа и минимальных интерваловй на текущем(1-ом)интервале аппроксимации функции у(1) Так как при восстановлении функции у(с) используется ее кусочно-линейная аппроксимация, заменим на каждом интервале аппрокси мацию Функцию у(1) параболой. Погрешность от такой замены по сравнению с погрешностью, допускаемой при кусочно-линейной аппроксимации, оказывается незначительной.Для вывода уравнения второй конеч- ной разности используется выражениеМ ."У .+од + (1) д 2 (1)и)- огде уо - значение функции в началеу-го интервала аппрокси-фмации;и - число шагов разбиения (минимальных интервалов )на 2-ом интервале аппроксимации; й,=у конечная разность на первом шаге разбиения; д- вторая конечная разность. Известно, что ьч -ьу д( ч -ч=2 д+д), (Э)Вд,ри: в (42д 2 у 1 вахгде Ь- погрешность аппроксимации при кусочно"линейной аппроксимации.Подставив (2), (3) и (4) в выражение (1) и, выполнив некоторые преобразования, получимп-, ю ("и о)+ и(1 "о)=4 да. (Ф 2Эаменим она и и перейдем к, вы. ражению более удобному для реализации(б)Используя другие обозначения ьуп=уп-уо ду 1=у-ур можно записатьдул пду 4 да(7)Формулы (б) и (7) показывают, что вторая конечная разность (вторая про. изводная) определяется на всем интервале разбиения ь,;. За счет это-. го .возможно существенное расширениедиапазона Формирования интервала ап проксимации.Цифровой генератор функций работает в двух режимах; обучение, в котором устройство по измерению входного кода у формирует параметрыаппроксимирующей кривой и заносит их в блок памяти; воспроизведение в цифровом коде ломаной кривой,аппроксимирующей с требуемой точностью заданную в режиме обучения функцию у(с), ОВ первом режиме сигнал задания режима подключает через коммутатор 2 выход сумматора 6 к первому входу схемы 3 сравнения, через коммутатор 4 вход 16 константы с вторым входом 15 схемы 3 сравнения, через коммутатор 7 импульсов выход схемы 3 сравнения с импульсным входом счетчика 12 участ ков аппроксимации, через коммутатор 10 кодов второй выход блока 1 конеч ных разностей с вторым входом сумматора 6 устройства и блок 11 памяти переключает в режим записи.Работа схемы (фиг. 1 и 2) в режиме обучения осуществляется в соответствии с выражением (6) и (7). Для этого в начальный момент времени врегистр 21 заносится значение ув- у(6=0). С приходом первого им-,пульса тактовой частоты, период которой 1/Е.=тщ на сумматоре 19 формируется разность у 1-уо, где у 1= = у(1 "-1), которая заносится в регистр 17; Значение счетчика, в котором формируется величина интервалааппроксимации и, увеличивается наединицу (в исходном состоянии счетчик обнулен). В соответствии с выражением (7),с приходом каждого последующего импульса Р в сумматоре 19формируется ду-у -ус,где у-у(1=1), 40 а в сумматоре 16 за счет очередногосложения формируется величина 1 ду, где ( - номер импульса, пришедшего смомента начала формирования текущего интервала аппроксимации. Кроме то го, с приходом каждого импульса Ртна выходе сумматора 6 формируется разность ду; - ду, на схеме 3 сравнения сравнйвается с постоянной величиной, равной 4 д. Если на данном 5 О ,шаге вычисления сравнения не проиэош.ло, то описанный процесс продолжается дальше. Момент формированиясигнала равенства на схеме 3 сравнения свидетельствует об окончании Формирования интервала аппроксимации,В этом случае величина , фиксируемая в счетчике, считается равной и, а величина ду;:ду, Сформированные параметры текущего участка аппроксимации ду и и записываются в блок 11 6 О памяти по адресу, зафиксированному в счетчике 12 участков аппроксимации, после чего содержимое счетчика12 увеличивается на единицу, Счетчиксбрасывается а значение у :у(с-и) в 65С 8)При выводе (8) были учтены погрешности квантования, аппроксимации, методическая погрешность, допущенная в выражении (6) заменой и +1 на и, и погрешность от неточности определения интервала аппроксимации. Расчеты, про веденные в соответствии с (О), показывают, например, что при д:0,05 и я: 16,п, :32, для прототипа при такой же допустимой погрешности в разрядности оп,ср 8,В режиме воспроизведен я функции управляющий сигнал задания режима подключает к схеме 3 сравнения через коммутатор 2 выходы блока 11 памя ти, с которых считываются коды интервалов и участков аппроксимации, блок 11 памяти устанавливает в режим счи" тывания, подключает к схеме 3 сравнения через коммутатор 4 потенциальные выходы делителя 5 частоты, импульсный выход схемы 3 сравнения через коммутатор 7 подключает к входу счетчика 9 импульсов,а выходы блока 11 памяти через коммутатор 10 входам сумматора б,В этом режиме устройство работает аналогично с прототипом за исключением того, что интерполяционный полином первой степени реализуется на сумматоре 6 При восстановлении Функции у(1) на 3-ом участке аппро симации значение ее определяется в соответствии с выражениемйз (1-.)у +3 ---(9) и к и ь" соответст-го интерваии;ение Функциив сумматоре); кции на инмомент в вующий н ла аппро начально (накапли приращен тервале,где Т емени чалу симац знач ается е Фун качестве у, записывается в регистр 21. Далее работа схемы продолжается аналогичным образом, т.е. с приходом следующего импульса начинают формироваться параметры+1) -го интервала аппроксимации.Таким образом, осуществляется автоматическое Формирование значения длины. участков аппроксимации и приращений ординат функций между узловыми точками, т.е, автоматическая настройка цифрового генератора, которая удовлетворяет допустимой погрешности последующего восстановления и в значительной мере приближает коптимальному разбиению функции у (с ),При точностном анализе выражения (б) получено соотношение, устанавливающее связь между допустимой погрешностью восстановления, требуемой разрядностью о, погрешностью аппроксимации и величиной ьдля формирования линейной развертки с шагом квантования, определяемдм единицей младаего разряда, величина .ьу должна быть уменьшена в 2 раз (где К - разрядность кода ау Указанное обстоятельство в схеме 5 .реализуется за счет сдвига величины ьу на В разрядов относительно выходйого кода сумматора 6.и соответственного увеличения тактовой частоты Г. в 2"раз., 0Предлагаемый генератор функций имеет более. широкие возможности, чем существующие устройства подобного типа. Выбранный способ формирования участков аппроксимации позволяет су щественно в 4 раза) расширить диапазон формирования интервалов аппроксимации, гораздо лучше приближается коптимальному разбиению, что, в конечном счете, приводит к экономии объема памяти запоминающего устройства,Кроме того, это приводит к болеепростой схеме блока конечных разностей, т.е. оборудования. Блок конечных разностей в предлагаемом устройстве примерно в 2 раза меньше, чем впрототипе. Использование в качествевыходного элемента сумматор, вместодвоичного умножителя и счетчика аргументов, позволяет исключить инстру"ментальную погрешность.1019423 Сх Составитель Ь. Зорина Техред И.ГайдУ Корректор М. Шарош Редакто атр е с лиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектна каз 3704/42 Тираж 70 б ПодпВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4