Цифровой генератор функций

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 607 А 1 19) Я 1/О 1)5 АНИЕ ИЗСБРЕТЕНИ К 54) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНК обретение относится к в нике и предназначено д ада нормирующей функ косинуса и арктангенс ия - повышение быст ого генератора функци тор функций содержит ГОСУДАРСТВЕННЫД) КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТ(56) Авторское свидетельство ССМ 1337895, кл, 6 06 Е 1/02, 1986.Авторское свидетельство СССМ 1374964, кл. 6 06 Е 1/02, 1986.(57) Из ной тех вэния к синуса бретен циф ров гене ра ычислительля формироции и кодов а, Цель изородействия й. Цифровой первый 1 и1663607 10 15 20 25 30 35 40 45 второй 2 сумматоры, умножитель 3, первый блок 4 памяти, блок 5 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент НЕ 6, первый управляющий вход 7, кодовый вход 8 адреса задания константы, первый коммутатор 9, первый элемент И 11 и входы первого 19 и второго 20 разрядов кода операций, вход - выход 10 данных, элементы И 12 - 15, второй блок 16 памяти, второй 17 и третий 18 Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для формирования (2+и)-разрядного кода нормирующей функции по коду адреса, (1+и)-разрядного прямого кода синуса или косинуса по (2+и)- разрядному коду угла, изменяющегося от 0 до 2 л (1-2 ") радиан, и и-разрядного кода арктангенса по п-разрядному коду аргумента б 0, (1-2")Д, где и - разрядность приведенного кода угла или аргумента арктангенса, и может быть использовано при построении специализированного микропроцессорного вычислителя (СМВ), например, для устройства отображения информации метеорадиолокатора,Цель изобретения - повышение быстродействия и сокращение аппаратурных затрат цифрового генератора фукнций,На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового генератора функций; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на тактовом входе, на втором управляющем входе, на первом управляющем входе генератора и на выходе элемента ИЛИ,Генерато (фиг, 1) содержит первый 1 и второй 2 сумматоры, умножитель 3, первый блок 4 памяти, блок 5 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент НЕ 6, первый управляющий вход 7, адресный кодовый вход 8 задания константы, первый коммутатор 9, кодовый вход-выход 10, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 14 и пятый 15 элементы И, второй блок 16 памяти, второй 17 и третий 18 коммутаторы, вход 19 первого и вход 20 второго разрядов кода операции, первый 21 и второй 22 элементы ИСКЛ ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, регистр 23, элемент ИЛИ 24, блок 25 элементов ИЛИ, второй управляющий вход 26, тактовый вход 27, кодовые выходы 28 и 29, образованные разрядными выходами старших и младших разрядов сумматора 2 соответственно, и кодовый выход 30, первый 31, второй 32 и третий 33 выходы регистра 23.Обозначим на входах и выходах генератора и его узлов через П, Ф и Й соответсткоммутаторы, первый 21 и второй 22 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, регистр 23, элемент ИЛИ 24, блок 25 элементов ИЛИ, второй управляющий вход 26 и тактовый вход 27. Цель достигается за счет введения элементов И 12-15, блока 16 памяти, коммутаторов 17 и 18, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и 22, регистра 23, элемента ИЛИ 24 и блока 25 элементов ИЛИ. 2 ил. венно потенциальные сигналы, коды и инверсные импульсы так, что после каждой из этих букв стоит номер входа генератора, например П 7, Ф 8 и И 27 означают сигнал "0" или "1" на входе 7, код на входе 8 и инверсные импульсы на входе 27 соответственно, или номер узла генератора, например П 1, Ф 9 и И 24 означают потенциальные сигналы на выходе переполнения сумматора 1, код на кодовом выходе коммутатора 9 и инверсный импульс на выходе элемента 24 соответственно,Кроме того, обозначим через Ф 28 = П 19 Ф 28 код на втором кодовом входе коммутатора 9 и первом кодовом входе коммутатора 17, Ф 17 = П 13 Ф 17- код на адресном кодовом входе блока 16 памяти, ФЗО"= П 13 ФЗО - код на адресном кодовом входе блока 4 памчти, Фнф = Ф 4 Ф 16 код нормирующей функции на первом кодовом входе коммутатора 18 (где Ф 16 "означает код, образованный соответствующими двумя разрядами кода Ф 16), Фтф = П 322 П 32 Ф 1 - код, тригонометрической функции на втором кодовом входе коммутатора 18, (Р 1) и (Р 2) - содержимое (код) первого и второго регистров Р 1 и Р 2 сомножителей ИС 1802 ВРЗ умножителя 3, а инверсный код произведения на выходе умножителя 3 обозначим черезФЗ=Ф рР 1) (Р 2 (1) где Фокр - оператор операции усечения с округлением до восьми разрядов 16-разрядного кода Р 1) (Р 2),Загрузка регистра 23 и регистров Р 1 и Р 2 умножителя 3 осуществляется по положительному фронту каждого И 24, а временные программы поступления на генератор управляющих сигналов П 7, П 19, П 20(фоп = П 19 П 20 - код операции), П 26 и й 27 определяют функционирование генератора во времени так, что в его работе можно выделить следующие три режима (фиг, 2):1. Режим хранения при П 7 = П 26 = 1 длительностью Т 1 = К 1 Тти, где К 1 = О, 1, 2,(6) 35 где ЯО и Со - разрядные цифры знаковыхразрядов прямых кодов синуса и косинуса40 угла й соответственно;Ф 10 - код, образованный п младшимиразрядами кода Ф 10При П 11 = 0 код Ф 2 является кодомаргумента арктангенсаФ 2 =ЩР =(т 9 Р) уп +Р)(2)ак что связь между кодом 8 и углом а 45арактеризуется выражениями; 3, .; Тти - длительность периода частоты следования тактовых импульсов И 27;2. Режим загрузки при П 7 = 1, П 26 = О длительностью Т 2 = Тти,3, Режим выдачи результата при П 7 = О, П 26 = 1 длительностью ТЗ = КЗ Тти, где КЗ = 1,2, 3Чередование режимов работы генератора (т.е, взаимосинхронизация его входных сигналов и кодов и выдача результата на вход-выход 10) обеспечивается микропроцессором и схемой синхронизации и начальной установки СМВ, в котором данный генератор используется,Принципы чередования режимов работы генератора заключаются в том, что после режима загрузки может следовать режим выдачи результата или режим хранения, после режима хранения может следовать режим загрузки или режим выдачи результата, а после режима выдачи результата может следовать любой из режимов (фиг, 2),Генератор работает следующим образом.В течение Т 1 П 7 = П 26 = 1 в памяти генератора (т.е. в регистре 23 и регистрах Р 1 и Р 2 ИС 1802 ВРЗ умножителя 3) содержится информация, обусловленная предысторией его работы, кодовый выход коммутатора 18 находится в третьем состоянии при П 701, коммутатор 17 вырабатывает код Ф 17 = ФЗО при П 26 = 1, а на адресном кодовом входе 8 (шине адреса) и кодовом входе-выходе 10 (шинеданных) формируются коды в соответствии с программами функционирования СМ В.В течение Т 2 П 7 = 1, П 26 = 0 кодовый выход коммутатора 18 находится в третьем состоянии, по отрицательному фронту сигнала П 26 = 0 на входах 19 и 20 устанавливаются сигналы кода Фоп = П 19 П 20, элемент 11 вырабатывает сигнал П 11 = П 19 П 20, при П 11 = 1 на входе 8 устанавливается код Ф 8 адреса задания константы, а при П 11 = 0 на входе-выходе 10 устанавливается код Ф 10 аргумента тригонометрической функции (синуса при П 19 = О, П 20 = О, косинуса при П 19 = О, П 20 = О, арктангенса при П 19 = 1, П 20 = 0) в соответствии с выражением л- 14 О а (4-2 при П 19 =О;где а - разуядная цифра (О или 1) 1-го разряда кода а при =-1,0,1,2 и;ла пр - код, образованный и младшимилразрядами кода а и определяющий прямой пРиведенный Угол а пр = (1 г/2 ) апр,ла доп - код, определяющий дополнительной до к/2 приведенный угол адоп, т,е, апр + адо=л/2;- (2+и)-разрядный код единицы в модифицированном дополнительном коде.В такте Т 2 по окончании переходных процессов элемент 13 вырабатывает сигнал П 13 = П 26 П 31 = О, элементы 14 и 15 - сигналы: ао при П 19 =О, П 20 =0; ао при П 19 = О, П 20 = 1; (4) Яо =й - 1 при П 19 =О, П 20 =0;.(13) а при П 19 = 0 - кодом приведенного угла л л,1Ф 2 = П 14 йпрП 14Одоп = ) = при переполнении которого вырабатывается сигнал П 2=1, а при П 2= 0 уп = Ф 28,ап = Ф 29 (индексы уп и ап указывают на управляющую и аппроксимирующую части кодовл ларгументов т 9 Р и усоответственно),В течение Т 2 генератор активизируется при П 11 = 1 на воспроизведение кода Фнф нормирующей функции, а при П 11 = 0 - на воспроизведение тригонометрической фун- кции файф = П 19 (П 20 зп а ;(9)чП 20 сов а)П 19 агс т 9 р,Вычисление кода (9) осуществляется методом, кусочно-линейной аппроксимации так, что при П 19 = 0 аппроксимация производится по синусной функции в угле от 0 до К/2 радиан, а при П 19 = 1 - по функции арктангенса в области изменения аргумента от 0 до 1, причем в каждом случае число участников аппроксимации равно 2, вели 7 чина каждого участка равнаЪЬ=(п 19 л/2 П 19) 2, (10) а угловая точка выбрана в начале каждого участка аппроксимации. Поэтому по окончании переходного процесса на входах умно- жителя 3 вырабатываются (при П 11 = 0) код аппроксимирующей части аргумента Ф 29 = П 197 ап П 19(т 9 Р) ап(11) и код приращения функции на участке аппроксимации Ф 1 6 = П 193 и )уп + Л ) - зп Ууп )(12) "П 19 (т 9 Р) уп (т 9 Р) уп) где (19 Р)уп =ф 28+2 - значение аргумента в конце участка аппроксимации арктангенса.По окончании переходных процессов на генератор приходит И 27 и формируется И 24 = П 26 И 27 = О, по положительному фронту которого в регистры Р 1 и Р 2 умножителя 3 заносятся коды Ф 16 и Ф 29, а в регистр 23- код Ф 9 и сигналы П 11, П 15 и П 2 (при П 2 = 1 отмечается вычисление кода синуса для у = л/2 ) . На этом режим загрузки заканчивается и начинается режим выдачи.В течение ТЗ через время задержки т 2 з = 30 нс регистра 23 на выходах регистра 23 формируется код ФЗО и сигналы в соответствии с выражениями: где в правых частях стоят код Ф 9 и сигналы П 11, Л 15 и П 2 с индексом Т 2. т.е, сформированные в режиме загрузки.С помощью сигналов и кода элемент 13 вырабатывает сигнал П 13 = Л 31, блок 25 - код Ф 25 = ЛЗЗ ФЗ ПЗЗ (1,1), (14) блок 4 при Л 13 = 0 - код значения тригонометрической функции в узле аппроксимации, сумматор 1 при П 13 = 0 - код модуля тригонометрической функции (знак этой функции определен сигналом Л 32, выработанным в ТЗ по сигналу(5) периода Т 2), а при Л 13 = 1 блоки 4 и 16 вырабатывают код ФнфЗО нормирующей функции,При П 13 = 0 и ЛЗЗ1 сумматор 1 вырабатывает код Ф 1 =- 1-2, соответствующий-14синусу угла я/2В ТЗ по окончании переходных процес-35 сов на генератор поступает очередной И 27по которому (т,е, по Л 27 Л 7 = 0) результатфункционирования генератораФ 10= Ф 18= Л 13 ФтфЛ 13 Фнф,(15)выдаваемый (при Л 7 = О) коммутатором 1840 на вход-выход 10, может быть загружен впамять любого устройства СМВ. В дальнейшем работа генератора во времени определяется также программойфункционирования СМВ.45 Формула изобретенияЦифровой генератор функций, содержащий два сумматора, умножитель, блок памяти, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,. элемент НЕ, первый коммутатор, элемент И,50 причем вход переноса первого сумматора ивход первого слагаемого второго сумматораподключены к входу логического нуля генератора, вход второго слагаемого которогоподключен к выходу блока элементов ИСК 55 ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый информационный вход первого коммутатора подключен квходу адреса задания константы генератора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия, в него введенычетыре элемента И, блок памяти, два коммутатора, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, регистр, элемент ИЛИ, причем тактовых вход генератора подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого под ключен к входам синхронизации регистра и умножителя, вход первого разряда кода операции генератора подключен к входу элемента НЕ, первому входу первого элемента И и к старшим разрядам второго вхо да первого и первого входа второго коммутаторов, вход второго разряда кода операции генератора подключен к первым входам второго элемента И, первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и второму 15 входу первого элемента И, выходы старших разрядов второго сумматора подключены к младшим разрядам второго входа первого и младшим разрядам первого входа второго коммутаторов, первый управляющий вход 20 генератора подключен к входу выбора третьего коммутатора, выход которого подключен к информационному входу-выходу генератора, первый и второй старшие разряды которого подключены к первому входу 25 второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и к вторым входам второго элемента И и первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соответственно, младшие разряды информационного входа-выхода генератора подклю чены к разрядному входу блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй управляющий вход генератора подключен к управляющему входу, второго коммутатора, второму входу элемента ИЛИ и первому входу треть его элемента И, выход которого подключен к старшим разрядам входов адреса первого и второго блоков памяти, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к первым входам четвертого и 40 пятого элементов И соответственно, вторые входы которых подключены к выходу элемента НЕ, выход четвертого элемента И подключен к входу переноса второго сумматора и управляющим входам блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого коммутатора подключен к информецинному входу регистра, выход которого подключен к второму входу второго регистра и к младшим разрядам входа адреса первого блока памяти, выход первого элемента И подключен к управляющему входу первого коммутатора и через регистр к второму входу третьего элемента И и управляющему входу третьего коммутатора, выход второго коммутатора подключен к младшим разрядам входа адреса второго блока памяти, выход первого блока памяти подключен к первому входу третьего коммутатора и входу первого слагаемого первого сумматора, выход второго блока памяти подключен к входу первого сомножителя умножителя и к соответствующим разрядам первого входа третьего коммутатора, выход пятого элемента И через регистр подключен к двум старшим разрядам второго входа третьего коммутатора, младшие разряды которого подключены к выходу первого сумматора, выход переполнения второго сумматора через регистр подключен к старшим разрядам входа второго слагаемого первого сумматора и управляющему входу блока элементов ИЛИ, выход которого подключен к младшим разрядам второго слагаемого первого сумматора, вход блока элементов ИЛИ подключен к выходу умножителя, вход второго сомножителя - к выходу младших разрядов второго сумматора, выход второго элемента И - к второму входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.ИЕ 7 П 7,ТЗ Т 1 Тй ТЗ тз Т 1 тг Фт. 2 Редактор А.Лежнина Корректор Э Лончакова Заказ 2266 Тираж 394 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1011 Тти,1 1 1 Составитель С.Курош Техред М.Моргентал