Устройство для интегрирования функций

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 801153332 А) С 06 С 1/18 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ 30 ЕН 1 МОТ"(71) Харьковский ордКрасного Знамени инсэлектроники им. акаднтьева овог диоа т М.К,геля идетельство ССС 7/18; 1967, тельство СССР 7/18, 1981(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ФУНКЦИЙ, содержащее бистабильную запоминающую электронно-лучевуютрубку; к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока кадровой развертки, мишеньподключена к входу усилителя импульсов и через первый токоограничивающий резистор .соединена с шинойнулевого потенциала, а коллекторчерез второй токоограничивающийрезистор соединен с входом питанияустройства и первым выводом резистора переменного сопротивления,второй вывод которого подключен кшине нулевого потенциала, а среднийвывод - к первому входу компараторан через первый разделительный диод -к вертикальным отклоняющим пластинам, соединенным через второй разделительныи диод с первым выходомблока строчной развертки, подключенным к второму входу компаратора,второй выход блока строчной развертки через Формирователь импульсов соединен с входами счетчика координаты и счетчика интервала, выходы которых через триггер разрешения подключены к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к первому входу триггера широтно-импульсной модуляции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения класса решаемых задач, в него введены генератор тактовых импульсов, второй и третий элементы И, счетчик абсциссы, счетчик ординаты, сумматор, блок деления, блок умножения, блок индикации, регистр последовательного типа и многопозиционный переключатель, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, второй вход второго элемента И и первый вход сум- . матора подключены к выходу триггера широтно"импульсной модуляции, а второй вход третьего элемента И и вход разрешения блока деления подключены к выходу. триггера разрешения, выход второго элемента И через счетчик ординаты соединен с вторым входом сумматора, выход. которого подключен к первому входу блока деления второй вход которбго соединен с вторым выходом счетчика интервала, соединенного входом разрешения с выходом счетчика координаты, выход блока деления подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом счетчика абсциссы, входом подключенного к выходу третьего элемен1153332 та И, выход блока умножения связанс входом блока индикации, а второйвход триггера широтно-импульсноймодуляции через многопозиционный пеИзобретение относится к вычисли- -тельной технике и предназначено дляопределения интеграла несколькихфункций,Известно устройство для интегрирования Функций, содержащее бистабильную запоминающую трубку и известные блоки строчной и кадровойразвертки, триггер широтно-импульс"ной модуляции, усилитель считан 10ного сигнала, усилитель постоянно-.го тока и т.д. Устройство позволяетопределять интеграл исследуемойфункции как величину изменениятока в цепи сигнальной пластины15мишени) запоминающей электроннолучевой трубки (ЗЭЛТ) при зачерчивании считывающим лучом поверхностимишени, ограниченной потенциальным рельефом записанной функции 1.1.20К недостаткам устройства следуетотнести, во-первых, невозможностьреализации интегрирования функцийв требуемых пределах и с достаточ 25ной точностью, в связи с тем чтосканирование поверхности мишенисчитывающим лучом осуществляетсяот "минус бесконечности" до"плюс бесконечности" по обеим координатным осям, считая, что началокоординат, в которых изображена интегрируемая функция, совпадаетс центром мишени ЗЭЛТ; во-вторых,неспособность данного устройствапроизводить интегрирование несколь- З 5ких Функций, так как. результирующее изменение тока мишени при зачерчивании ее поверхности считывающимлучом неадекватно сумме интеграловисследуемых функций. Кроме того, 40невозможно вычислить интеграл каждойиз нескольких функций в отдельности. Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является 45устроиство для интегрирования функреключатель соединен с выходом регистра последовательного типа,подключенного входом к выходу усилителя импульсов. ций, содержащее бистабильную, запоминающую электроннолучевую трубку,к модулирующему электроду записывающего электронного прожектора которой подключен выход триггера широтно-импульсной модуляции, к горизонтально отклоняющим пластинам подключен выход блока кадровой развертки, мишень соединена через первыйтокоограничивающий резистор с шинойнулевого потенциала и подключена квходу усилителя считанного сигнала,выход которого соединен с первымвходом триггера широтно-импульсноймодуляции, а калпектор через второйтокоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства иподключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого являетсяинформационным выходом устройстваи входом усилителя обратной связи,первый выход которого соединен скатодом воспроизводящего прожектора,а второй выход соединен с мишенью,формирователь импульсов, выход которого подключен к входам счетчикакоординаты и счетчика интервала,элемент И и триггер разрешения, выходом соединенный с первым входомэлемента И, а входами - с выходомсчетчика координаты и с выходомсчетчика интервала, вход формирователя импульсов соединен с первымвыходом блока строчной развертки,кроме того, компаратор и два разделительных диода, причем один извыводов переменного резистора подключен к входу питания, второйсоединен с шиной нулевого потенциа"ла, а средний вывод подключен кпервому входу компаратора и черезпервый разделительный диод - к вертикально отклоняющим пластинамбистабильной запоминающей электроннолучевой трубки, а выход черезэлемент И соединен с вторым вхо. тем, что в устройство для интегрирования функций, содержащее бистабильную запоминающую электроннолучевую трубку, к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока кадровой развертки,мишень подключена к входу усилителя импульсов и через первый токоограничивающий резистор соединенас шиной нулевого потенциала, а.коллектор через второй токоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства и первым выводомрезистора переменного сопротивления, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала,а средний вывод - к первому входукомпаратора и через первый разделительный диод - к вертикальным откло"няющим пластинам, соединенным черезвторой разделительный диод с первымвыходом блока строчной развертки,подключенным к второму входу компаратора, второй выход блока строчной развертки через формировательимпульсов соединен с входами счетчика координаты и счетчика интервала, выходы которых через триггер 55разрешения подключены к первомувходу первого элемента И, второйвход которого соединен с выходом дом триггера широтно-.импульсной модуляции.Данное устройство характеризуется высокой точностью интегрирования функций за счет введения уровня компарации, ограничивающего площадь интегрирования исследуемых функций по оси У Г 2 3Однако описанное устройство не приспособлено для вычисления интегралов нескольких функций, поскольку невозможно в аналоговой форме определить долю изменения тока мишени ЗЭЛТ при интегрировании каждой из имеющихся нескольких кривых, так как устройство регистрирует только общее изменение тока мишени ЗЭЛТ, а в случае интегрирования нескольких функций это изменение тока даже неадекватно сумме площадей под линиями функций, т,е, неадекватно сумме интегралов функций. 1 О 5 20 25 30 35 40 компаратора, а выход подключен к .первому входу триггера пиротко-импульсной модуляции, введены генератор тактовых импульсов, второй и третий элементы И, счетчик абсциссы, счетчик ординаты, сумматор, блок деления, блок умножения, блок индикации,регистр последовательного типа и многопозиционный переключатель, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первьпчи входами второго и третьего элементов И,второй вход второго элемента И и первый вход сумматора подключены к выходу триггера широтно"импульсной модуляции а второй вход третьего элемента И и вход разрешения блока деления подключены к выходу триггера разрешения, выход второго элемента И через счетчик ординаты соединен с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с вторым выходом счетчик интервала, соединенного входом разрешения с выходом счетчика координаты, выход блока деления подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом счетчика абсциссы, входом подключенного к выходу третьего элемента И, выход блока умножения связан с входом блока индикации, а второй вход триггера широтно-импульсной модуляции через многопозиционный переключатель соединен с выходом регистра последовательного типа, подключенного входом к выходу усилителя импульсов.1На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство содержит бистабильную ЗЭЛТ 1, к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока 2 кадровой развертки, мишень соединена через первый токоограничивающий резистор 3 с шиной нулевого потенциала и подключена к входу усилителя 4 импульсов считанного сигнала, а коллектор через второй токоограничивающий резистор 5 соединен с входом 6 питания устройства и подключен через резистор 7 переменного сопротивления.к первому входу компаратора 8 и че рез первый разделительньй диод 9 к вертикальным отклоняющим пластинам, 1153332к которым через второй разделительный диод 10 подключен первый выход блока 1 строчной развертки, который соединен с вторым входом компаратора 8, причем второй выход блока 11 5 строчной развертки соединен с входом формирователя 12 импульсов, выход . которого подключен к входам счетчика 13 координаты и счетчика 14 интервала., при этом выход счетчика 13 координаты подключен к первому входу триггера 15 разрешения, к второму входу последнего подключен выход счетчика 14 интервала, а выход триггера 15 соединен с первым входом 15 первого элемента И 16, второй вход которого подключен к выходу компаратора 8, а выход - к первому входу триггера 17 широтно-импульсной модуляции, генератор 18 тактовых импуль - 20 сов, второй элемент И 19 и третий элемент И 20, счетчик 21 абсциссы, счетчик 22 ординаты, сумматор 23, блок 24 деления,блок 25 умножения, блок 2 б индикации, регистр 27 последовательного типа и многопозиционный переключатель 28, причем выход генератора 18 тактовых импульсов соединен с объединенными первыми входами второго элемен- ЗО та И 19 и третьего элемента И 20, второй вход второго элемента И 19 и первый вход сумматора 23 подключен квыходу триггера 17 широтно- импульсной модуляции, а второй З 5 вход третьего элемента И 20 и первый вход блока 24. деления подключены к выходу триггера 15 разрешения, при этом к выходу второго элемента И 19 подключен вход счетчика 22 ординаты, выход которого соединен с входом сумматора 23, выход последнего соединен с вторым входом блока 24 деления, входом подключенного к второму выходу счетчика 14 интервала, второй вход которого соединен с выходом счетчика 13 координаты, а выход блока 24 деления соединен с первым входом блока 25 умножения, другой вход последнего соединен с выходом счетчика 21 абсциссы, вход которого соединен с выходом третьего элемента И 20, выход блока 25 умножения подключен к входу блока 2 б индикации, а вход триггера 17 широтно- импульсной модуляции подключен к выходу переключателя 28, вход которого соединен с выходом регистра 27,подключенного входом к выходу усили-теля 4 импульсов считанного сигнала.Устройство работает следующимобразом.В режиме записи производится запись исследуемых функций на мишениЗЭЛТ 1, в результате чего на мишениЗЭЛТ образуется потенциальный рельефнескольких функций, подлежащихисследованию.В режиме воспроизведения передначалом считывания упомянутого потенциального рельефа производитсязапись в цифровой Форме координатынижнего предела интегрирования всчетчик 13 координаты и величиныинтервала интегрирования в счетчик14 .интервала. Затем оператор устанавливает необходимую величинусмещения по оси У (начальный горизонтальный уровень отсчета) спомощью резистора переменного сопротивления,Ноложение начального горизонтального уровня отсчета определяетсявизуально путем установки луча внужной точке отсчета по шкале наэкране ЗЭЛТ 1, При этом постоянное напряжение смещения через диод9 подается на вертикально отклоняющие пластины ЗЭЛТ 1, фиксируя начальное положение считывающего лучав нужной точке, и на первый входкомпаратора 8. Кроме того, оператор устанавливает многопозиционныйпереключатель 28 в такое положение, при котором с выхода регистра27 на вход триггера 17 широтноимпульсной модуляции поступают только импульсы-отметки, полученныепри пересечении потенциальногорельефа одной из всего множестваисследуемых функций,Вычисление интеграла начинаетсяс момента зпуска блока 11 строчнойразвертки и блока 2 кадровой развертки, Импульсы, соответствующие началу строк блока 11 строчной развертки, через формирователь 12поступают на входы счетчиков 13 и14, а пилообразное напряжение строчной развертки с второго выхода блока 11 строчной развертки поступаетна второй вход компаратора 8 и через диод 10 - на вертикально отклоняющие пластины ЗЭЛТ, при этомпаоисходит счет импульсов счетчиком15 0 55 13 координаты, а также формирование на выходе компаратора 8 импульса, временное положение которого соответствует моменту равенства пилообразного напряжения и напряже ния постоянного смещения на входах компаратора. Этот момент соответствует начальному горизонтальному уровню отсчета - уровню компарации.Импульс с выхода компаратора 8 1 О поступает на второй вход элемен- та И 16, первый вход которого соединен с выходом триггера 15 разрешения. Триггер 15 разрешения в исходном (нулевом) состоянии запирает элементы И 16, 20 по первым входам, при этом импульсы с выхода компаратора 8 не проходят на вход установки в единицу триггера 17 широтно- импульсной модуляции, а тактовые 20 импульсы с генератора 18 не поступают на вход счетчика 21 абсциссы. Счетчик 21 не работает. Как только счетчик 13 координаты просчитает заданное количество импульсов, экви валентное координате нижнего предела интегрирования, сигнал с его выхода разрешает начало работы счетчика 14 интервала и одновременно устанавливает в единичное состояние З 0 триггер 15 разрешения, При этом высокий единичный уровень выходного напряжения с выхода. триггера 15 раз. решения открывает. по одному из входов элементы И 16, 20. В резуль 35 тате элемент И 20 разрешает прохождение счетных импульсов с генератора 18 на вход счетчика 21 абсциссы, а элемент И 16 пропускает на вход установки в единицу триггера 17 широтно-импульсной модуляции импульс, соответствующий уровню компарации с выхода компаратора 8. Этот импульс устанавливают в единицу триггер 17 широтно-импульсной 45 модуляции, последний открывает элемент И 19 для прохождения счетных импульсов с выхода генератора 18 на вход счетчика 22 ординаты.В. счетчике 22 ординаты начинаетформироваться число, соответствующее мгновенному значению ординатыисследуемой функции. Счетчик 22ординаты останавливается в момент,когда на нулевой вход триггера 17широтно-импульсной модуляциипоступает импульс-отметка с выходаусилителя импульсов считанного сигнала, Формируемый при пересечении считывающим лучом потенциального рельефа исследуемых функций. Поскольку на мишени ЗЭЛТ 1 записаны сразу несколько Функций, то при. считывании потенциального рельефа Формируется несколько импульсов- отметок, которые поступают на усилитель 4 импульсов, где усиливаются и нормируются.С выхода усилителя 4 импульсный сигнал, представляющий собой серию импульсов-отметок, поступает на вход регистра 27 последовательного типа.Как отмечалось ранее, перед началом считывания потенциального рельефа оператор устанавливает переключатель 28 в определенное положение, например, при котором импульс- отметка, полученный при пересечении первой исследуемой функциональной зависимости, поступает в первый разряд регистра, устанавливает его в единичное состояние, сигнал с выхода первого разряда регистра поступает через переключатель 28, который в данном случае подключен к выходу первого разряда регистра, на вход установки в нуль триггера 17.Импульс-отметка устанавливает триггер 17 широтно-импульсной модуляции в нулевое состояние, последний запирает элемент И 19, и в счетчике 22 ординаты пРекращается счет, нри этом число, сформированное в этом счетчике, соответствует значению мгновенной ординаты исследуемой Функции. Содержимое счетчика 22 ординаты переписывается в сумматор 23 задним фронтом сигнала с выхода триггера 17 широтно-импульсной модуляции. В сумматоре 23 Формируется сумма мгновенных значений ординат в течение времени, заданного в счетчике 14 интервала.1В это же время в счетчике 21 абсциссы происходит формирование числа, представляющего сумму мгновенных значений абсцисс исследуемой Функции. Счетчик 21 абсциссы останавливается в момент прекращения работы счетчика 14 интервала. В это время триггер 15 разрешения устанавливается в нулевое состояние сигналом с выхода счетчика 14 интервала. Нижний уровень выходного наказ 2506/40 Тираж 710 Подписное нт, г.ужгород, ул.Проектная Филиал ППП пряжения триггера 15 разрешения закрывает элементы И 16, 20, что препятствует прохождению импульсов с выхода компаратора на вход установки в единицу триггера 17 широтно- импульсной модуляции, а счетных импульсов. - с выхода генератора 18 на вход счетчика 21 абсциссы.По заднему фронту сигнала с выхода триггера 15 разрешения содержимое сумматора переписывается в блок 24 деления, где происходит деление суммы мгновенных значений ординат на количество ординат (строк считывания), т,е. определяется среднее значение ординаты исследуемой функции. Количество ординат подсчитвается в счетчике 14 интервала и переписывается в блок 24 деления по окончании работы .счетчика 14 интервала задним Фронтом сигнала с выхода триггера 15 разрешения.Частное делениепредставляющее среднее значениеординаты,по окончании процесса деления поступает в блок 25 умножения, В блоке 25 чмножения перемножаются средняя ор 53332 1 Рдината исследуемой функции и абсцисса, подсчитанная в счетчике 21абсциссы, причем оба значения представлены в одном временном масштабе, 5 так как Формирование их произведено с помощью заполнения временныхинтервалов тактовыми импульсамиодного и того же генератора.На выходе блока умножения регист рируется число, равное площадиФигуры под линией исследуемойфункции, т.е. интегралу исследуемойФункции. Величину этой площади отражает в цифровом виде блок индика ции.Интегрирование. остальных кривыхпроизводится аналогично при измененииположения переключателя 28,Конструкция предлагаемого уст ройства позволяет значительно расши.рить его функциональные возможности, а именно производить исследование процессов, отраженныхнесколькими функциональными зави симостями, повысить точность вычислений путем введения цифровойобработки и цифровой индикации.