Линейный интерполятор

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХсОциАлистическиРЕСПУБЛИК 942 5.О ,51)5 О 05 В 19 9/415 ПАТЕНТН ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ ССС р,. Г ИД,ф 1 Д Е ИЗОБРЕТЕН И СВИДЕ СТВУ ТОР титутФ,Пше 1(71) Винницкий политехнический инс(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 920636, кл. 6 05 В 19/18, 1982,Авторское свидетельство СССРВ 1413603, кл. 6 05 В 19/415, 1988.(54) ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР (57) Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и предназначено для использования в системах числового программного управления, а также в системах отображения графической информации, Цель изобретения - повышение надежности за счет контроля работы во время интерпо 1 ляционного цикла. Линейный интерполятор содержит сдвиговый регистр 1 координатного приращения, регистр 2 разности координатных приращений, регистр 3 координатного приращения, счетчик 4, первый мультиплексор 5. ключ 6, накапливающий сумматор 7, блок сравнения 8, блок 9 управления, второй мультиплексор 10, элемент И 11, триггер 12, В основу принципа контроля положено устройство, заключающееся в том, что в такте:соответствующем выполнению комбинированного шагового приращения по обеим координатам, значение оценочной функции не меньше значения (- МП), При выполнении диагонального шагового приращения текущее значение оценочной функции, хранящимся в накапли- ф вающем сумматоре 7, сравнивается блоком сравнения 8 со значением (-МП), представ1809421 10 20 30 35 ленным в дополнительном коде и хранящееся в регистре 3 координатного приращения, Если ОФ-МП, то имеет место сбой или неисправность в работе интерполятора, т.е. на выходе блока сравнения 8 устанавливается "0", который записывается в триггер 12, В противном случае на выходе блока сравИзобретение относится к автоматике ивычислительной технике и предназначенодля использования в системах числовогопрограммного управления, а также в системах отображения графической информации,Цель изобретения - повышение надеж. ности эа счет контроля работы во времяинтерполяцибнного цикла.В известных устройствах; осуществляющих контроль процессов интерполяции наоснове анализа значения оценочной функции, процедура контроля реализуется поокончанию процесса интерполяции. В предлагаемом устройстве за счет введения второго мультиплексора, схемы "И" и триггерадостигнуто новое свойство - контроль процесса интерполяции во время интерполяционного цикла, Указанное существенноповышает надежность работы устройств.На фиг, 1 приведена функциональнаясхема линейного интерполятора; на фиг. 2 -функциональная схема блока 8; на фиг. 2 -функциональная схема блока 12.Линейный интерполятор содержитсдвиговый регистр 1 координатного приращения, регистр 2 разности координатныхприращений, регистр 3 координатного приращения, счетчик импульсов 4, первыймультиплексор 5, ключ 6, накапливающийсумматор 7, блок сравнения 8, блок управления 9, второй мультиплексор 10, элементИ 11, триггер 12. Интерполятор имеет входы14-16, выход 17, входы 18 - 21 и выходы 2226.Сдвиговый регистр 1 координатногоприращения служит для хранения большегоприращения БП, задающего исходный отрезок прямой. Значение БП поступает отвнешнего устройства по входу 14, а записьв регистр 1 осуществляется передним фронтом сигнала записи, поступающего на вход15 запуска интерполятора. Значение БП висходный момент времени записываетсятакже в счетчик 4, выполняющий функциюсчетчика конца интерполяции отрезка прямой,нения 8 устанавливается "1", которая также записывается в триггер 12. Содержимое триггера 12 поступает в ЭВМ для анализа возникновения ошибки, Уровень "О" на выходе элемента И 11 указывает на неисправность интерполятора или на наличие сбоев в его работе. 3 ил,Регистр 2 разности координатных приращений служит для хранения разности большего и меньшего приращения, задающих отрезок прямой. Указанная разность поступает с накапливающего сумматора 7 и записывается в регистр 2 первым фронтом сигнала, поступающего с первого выхода 27 блока управления 9,Регистр 3 координатного приращения служит для хранения дополнительного кода меньшего приращения МП, задающего от-. резок аппроксимируемой прямой, Запись в регистр 3 осуществляется передним фронтом сигнала, поступающего с входа 15 интерполятора,Вычитающий счетчик 4 предназначен для отсчета интерполяционных шагов и сигнализации об окончании интерполяционного цикла,Мультиплексор 5 обеспечивает передачу на свой выход значение МПдоп от регистра 3 при наличии "0" на его управляющем входе, При наличии "1" на управляющем входе мультиплексора 5, последний осуществляет передачу значения регистра 2 на свой выход,Ключ 6 при наличии "1" на его управляющем входе обеспечивает передачу инверсного значения БП со своего информационного входа на выход, Информационный вход ключа 6 подключен к парафазным выходам сдвигового регистра 1 координатного приращения, а выход к входам начальной установки накапливающего сумматора 7, Сумматор 7 представляет собой накапливающий сумматор, осуществляющий суммирование значения с его информационного входа со значением хранящимся в его внутреннем регистре. Вход переноса сумматора заземлен,Блок сравнения 8 обеспечивает сопоставление текущего значения оценочной функции, хранящейся в накапливающем сумматоре 7, со значением операндов, ком 45 мутируемых блоком 10, Первый и второйвходы блока 8 соединены с выходами мул;- типлексора 10 и сумматора 7 соответ гвенно, Первый управляющий вход блока 8 соединен с выходом переноса сумматора 7. Единичный уровень сигнала на этом входе разрешает выдачу сигнала "больше-равно" на первый выход блока 8, Второй управляющий вход блока 8 соединен с выходом 26 счетчика 4. Нулевой уровень сигнала на этом входе разрешает выдачу сигнала "равно" на второй выход блока 8,Блок 9 управления осуществляет управление операционными узлами интерполятора в соответствии с алгоритмом работы,Мультиплексор 10 предназначен для коммутации на схему сравнения 8 содержимого регистра 1, если на управляющем входе 0 и регистра 3:, если на управляющем входе 1.Триггер 12 фиксирует результаты сравнения выделенных операндов, Элемент 11 И предназначен для формирования сигнала об "отсутствии ошибки". Нулевой уровень сигнала на выходе элемента 11 указывает о наличие сбоя или неисправности в работе интерполятора,Блок 8 содержит схему сравнения 36, первый и второй элементы ИЛИ 37, 38 (см. фиг, 2), Разрешение выдачи признака больше-равно с выходом схемы сравнения 36 на первый выход блоха 8 разрешается единичным уровнем сигнала на выходе сумматора. Следует отметить, что признак больше-равно формируется путем логического сложения признаков "больше" и "равно". Выдача признака "равно" на второй выход блока 8 разрешается по окончания процесса интерполирования, то есть нулевым уровнем сигнала на выходе 26.Триггер 12 включает в себя О-триггер 39 и элемент И 40 (фиг. 3).Интерполятор работает следующим образом.В качестве метода линейной интерполяции для предлагаемого линейного интерполятора используется метод оценочной функции, согласно которому направлейие очередного шага направляется по закону специальной оценочной функции (Оф), вычисляемой в процессе интерполяции. Интерполируемая прямая делит двухмерное координатное пространство, в котором она распояокена, на две области; область Оф больше нуля под прямой и область ОФ меньше нуля под прямой, Самая прямая представляет собой область Оф = О. Интерполяция методом оценочной функции производится по следующему правилу: если промежуточная точка траектории находится в области ОФО, то следующий шаг делается по оси Х (при Л Х = БП, Л У = МП), Если50 55 тельному значению оценочной функции,сопоставляется текущее значение оценочной функции, хранящееся в накапливающемсумматоре, со значением (-МП), представленном в дополнительном коде. Если Оф-МП,5 10 15 20 25 30 35 40 же промежуточная точка траектории нэхо дится в области ОФО, то следующим выполняется комбинированный диагональный шаг, В описании прототипа показано, что при начальном значении оценочной функции, равном целой части половины большего приращения, задающего отрезок прямой, отклонения их идеальной прямой не превышает половины шага дискретизации. Поскольку принято начальное значение оценочной функции ОФО = БП/2 ц,ча сама прямая представляет собой Оф = О, то очевидно, что в точках апроксимирующего отрезка, совпадающих с идеальной прямой, оценочная функция принимает значение Оф = Офо = БП/2 ц,ч, В предлагаемом линейном интерполяторе обеспечивается точное попадание в конечную точку. Следовательно, значение оценочной функции в конечной точке равно БП/2 ц.чт.е, начальному значению оценочной функции. Последнее свойство использовано для контроля линейного интерполятора в устройстве-прототипе,Значение оценочной функции для предлагаемого интерполятора определяется по следующим соотношениям: Офо = БП/1 ц,ч.1) Офн.1 = ОФ+(БП - МП) при ОфО.2) Оф+1= ОФ- МП при ОФ 0,При ОфО выполняется комбинированный диагональный.шаг, т,е. одновременные шаги по ведущей и ведомой координатам, При Оф 0 выполняется шаг по ведущей координате.Из формулы (2) следует, что при выполнении шагового приращения по ведущей координате из текущего значения оценочной функции вычитается значение меньшего приращения, При этом очевидно, что минимальное положительное значение оценочной функции равно нулю. Следовательно, минимально возможное значение оценочной функции равно (-МП); Из вышеуказанного следует, что в такте, соответствующем выполнению комбинированного шагового приращения по обеим координатам, значение оценочной функции не меньше значения (-МП). Указанное свойство было использовано в предлагаемом устройстведля текущего контроля работы интерполятора,Контроль осуществляется; в интерполяционном такте, соответствующем отрица10 20 25 30 35 40 45 50 55 то имеет место сбой или неисправность в работе интерполятора.При интерполяции отрезка от внешнего устройства поступают исходные операнды, определяющие заданный отрезок прямой и его направление, В сдвиговый регистр 1 координатного приращения и счетчик 4 по входу 14 передним фронтом сигнала записи на входе 15 интерполятора записывается значение БП, Значение БП, записанное, в счетчик 4, определяет число интерполяционных тактов, В регистр 3 координатного приращения передним фронтом сигнала на входе 15 интерполятора записывается значение МП в дополнительном коде с входа 16 линейного интерполятора. В блок 9 управления передним фронтом сигнала записи с входа 15 интерполятора, соединенного с входом 28 блока 9, запоминаются значения признаков-, определяющих ориентацию огреэка в двумерном координатном пространстве. На второй вход интерполятора поступает значение "1" при Л ХО, где Л Х - значение приращения исходного отрезка прямой по оси абсцисс, и "О" при ЛХО."1" на входе 19 интерполятора определяет положительный знак приращения ЛУ, где Л У - значение приращения исходного отрезка прямой по оси ординат, При ЛУ0 на входе 19 интерполятора выставляется значение "0". При Л ХЛ У на входе 20 интерполятора выставляется уровень "1", а при Л ХЛУ - уровень "0",Значение модулей приращения Л Х и Л У, а также их знаки полностью определяют отрезок апроксимируемой прямой по отношению к координатным осям. Поскольку в исходный момент времени на выходе 33 блока 9 управления присутствует значение "1", то на выходе ключа б выставляется парафазный код БП. Под воздействием сигналов с выхода ключа 6 сумматор 7 принимает значение БП.Таким образом, значение БП в исход.ный момент времени записано в сдвиговом регистре 1 координатного приращения, счетчик 5 и сумматор 7, В следующий тактовый момент времени на выходе 30 блока 9 управления устанавливается значейие "1", обеспечивающей передачу на вход сумматора 7 дополнительного кода МП с выхода регистра 3 координатного приращения через мультиплексор 5, В сумматоре 7 находится значение выражения;Д БП - МПдопЗначение Л запоминается в регистре 2 разности координатных приращений. Уровень сигнала, записанного в регистр 2, - положительный, В указанный тактовый момент времени осуществляется также сдвиг содержи мого сдвигового регистра 1 координатного приращения в сторону младших разрядов. Поскольку до выполнения указанного действия в регистре 1 хранилось значение БП, то после выполнения указанной операции сдвига регистр 1 принимает эначение БП/2 ц,ч. В следующий тактовый момент времени на выходе 33 блока 9 управления устанавливается значение "1", что обеспечивает установку сумматора 7 в состояние БП/2 ц.ч. Указанные действия предшествуют собственно процессу интерполяции и образуют цикл подготовки. Причем в регистре 3 координатного приращения хранится значение МП, в счетчике 4 - значение БП, в регистре 2 разности координатных приращений - разность БП - МП, а в сумматоре 7 и регистре 1 координатного приращения - значение БПц,ч. Цикл подготовки занимает три тактовых момента времени,В цикле интерполяции в первый тактовый момент времени иэ содержимого сумматора 7 вычитается значение МП, т,е, обеспечивается передача инверсного значения МП через мультиплексор 5 на информационный вход сумматора 7,При отрицательном значении оценочной функции, хранящейся в сумматоре 7 к содержимому сумматора прибавляется значение БМ - МП, хранящееся в регистре 2. Передача значения БП - МП на информационный вход сумматора 7 достигается подачей на управляющий вход мультиплексора 5 "0", При положительном знаке оценочной функции, хранящейся в сумматоре 7 от содержимого последнего вычитается значение МП. Указанные действия совершаются за тактовый момент времени, в каждом из которых формируется шаговые приращения, Значение шаговых приращений определяются значением знаков приращений ЛХ, Л У, соотношением приращений Х и У, а также знаком оценочной функции, хранящейся в сумматоре 7, При выполнении интерполяционного шага по двум координатам содержимое знакового разряда сумматора принимает значение "1". Указанным уровнем разрешается выдача на первый выход сравнения 8, признака "больше-равно" формируемого путем сравнения операндов, поступающих на блок 8. В противном случае на выходе элемента ИЛИ 37 устанавливается единичный уровень сигнала. В процессе интерполяционного цикла на выходе счетчика 4 удерживается сигнал "1". Указанный уровень удерживается на выходе элемен а10 15 20 30 дом счетчика импульсов, выход признака 40 50 55 ИЛИ 33(см, фиг. 2)единичныйуровень, Этотже сигнал поступает на управляющий входмультиплексора 10, который по указанномусигналу осуществляет коммутацию содержимого регистра 3 на первый вход блока 8.На второй вход блока 8 поступает содержимое сумматора 7. В блоке.8 осуществляетсясопоставление указанных значений и в слу. чае, если содержимое сумматора 7 большелибо равно содержимого регистра 3, то на.первом выходе блока 8 устанавливается "1",которая записывается в триггер 12 по переднему фронту сигнала, В противном случаена выходе устанавливается О, который также записывается в триггер 12. Содержимоетриггера 12 поступает через элемент И 11 вЭВМ для анализа на возникновение ошибки. Нулевой уровень на выходе элемента 11указывает на неисправность интерполятора, или наличие сбоев в его работе,В цикле интерполяции с каждым шагомприращением по ведущей координате содержимое счетчика 4 уменьшается наединицу, При выдаче числа шаговых приращений по ведущей координате, равного БП, 2на выходе счетчика 4 формируется уровеньО, сигнализирующий об окончании интерполяционного отрезка прямой. Указаннымсигналом разрешается прохождение значения с выхода "равно" схемы сравнения 36 навыход элемента И 38 (см. фиг, 2). При равенстве содержимого сумматора 7 значениюсдвигового регистра 1 на втором выходеблока 8 устанавливается уровень 1. В противном случае на выходе блока 8 устанавливается О. Выше указанные сигналы совторого выхода блока 8 через элемент 11 Ипоступают в ЭВМ для анализа по возникновению ошибки,В предлагаемом устройстве реализацияблока управления не отличается от его реализации устройство прототипа. В устройстве прототипа контроль осуществляетсятолько по окончанию цикла интерполяции.В предлагаемом устройстве достигнуто новышение надежности работы за счет контролякак после окончания интерполяционногоцикла так и во время интерполяционногоцикла,. формула и зо бр ете н ияЛинейный интерполятор, содержащийсдвиговый регистр координатного приращения, ключ, накапливающий сумматор, регистр разности координатных приращений,информационный вход которого соединен синформационным выходом накапливающего сумматора, вход начальной установки которого соединен с выходом ключа,информационный вход которого соединен свыходом сдвигового регистра координатного приращения, регистр координаты приращения, счетчик импульсов, первый мультиплексор, блок сравнения и блок управления, информационные входы сдвигового регистра координатного приращения и счетчика импульсов соединены с входом значения большего приращения интерполятора, информационный вход регистра координатного приращения соединен с входом значения меньшего приращения интерполятора, выходы регистра разности координатных приращений и регистра координатного приращения соединены с первым и вторым информационными входами первого мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора выход которого соединен с первым информационным входом блока сравнения, вход запуска интерполятора соединен с .входами записи сдвигового регистра координатного прира-. щения, регистра координатного приращения и счетчика и с входом запуска входауправления, первый выход которого соединен с входом записи регистра раз;ости координатных приращений и входом управления сдвигом сдвигового регистра координатного приращения, второй выход блока управления соединен со счетным вхонулевого состояния которого соединен с выходом признака "Конец интерполяции" интерполятора и с первым входом начальной установки блока управления, третий выход блока управления соединен с управляющим входом первого мультиплексора, выход знакового разряда накапливающего сумматора соединен с вторым входом блока управления, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с входом синхронизации накапливающего сумматора и управляющим входом ключа соответственно, с второго по четвертый входы блока управления являются входами знака приращения первой и второй координат и входом признака координаты с большим приращением интерполятора, выходы координатных приращений которого соединены с шестого по девятый выходами блока управления, второй вход начальной установки которого является входом начальной установки интерполятора, вход переноса накапливающего сумматора соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности за счет контроля во время интерполяции, в него введены второй мультиплексор, элемент И, триггер, выход которого соединен с выходом признака "Отсутствие ошибки интерполятора", а первый вход - с первым выходом."Равно" блока. Максимишинец Кор Редактор аказ 1285 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 сравнения, выходы регистров координатного приращения и меньшего приращения соединены с первым и вторым информационными входами второго мультиплексора соответственно, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом накапливающего сумматора, первый вход управления разрешения блока сравнения соединен с выходом переноса накапливающего сумматора, а второй вход управления разрешения - с выходом счетчика импульсов, первый и второй входы начальной установки триггера соединены с входом начальной ус тановки интерполятора и входом запускаинтерполятора соответственно, информационный вход триггера соединен с выходом "Больше-равно" блока сравнения, синхровход триггера соединен с вторым выходом 10 блока управления.