Интерполятор

(7 ский инсти ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.(ЛНРЫТИЙ САНИЕ ИЭОБ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС тут(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 875343, кл. 6 05 В 19/415, 1981,2. Авторское свидетельство СССРВ 798729, кл. 6 05 В 19/415, 1981(54)(57) .ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий первый и второй реверсивные счетчики импульсов, подключенные прямыми вы. ходами каждого разряда соответственно к первым и вторым входамсумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения ннтерполятора., он содержит генератор импульсов, пять элементов ИЛИ, элемент НЕ, восемь элементов И и триггер, подключенный нулевым входом к шине Установка исходного состояния, инверсным выходом - к суммирующим входампервого и второго реверсивных счетчиков импульсов, а прямым выходом - квычитаюцим входам первого и второгореверсивных счетчиков импульсов, соединенных счетными входами соответственно с первым и вторым управляющими входами сумматора, подключенного инверсным выходом каждого информационного разряда к входам первогоэлемента И, прямым выходом знакового разряда - к первым входам второго итРетьего элементов И и первого элемента ИЛИ, а инверсным выходом знакового разряда - к первому входу четвертого элемента И, соединенного. вторым входом с выходом второго элемента ИЛИ, а выходом - с первым входом третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к счетному входу второго реверсивного счетчика импульсов, а вторым входом - к первому входу четвертого элемента ИЛИ и выходу третьего элемента И, связанного вторым входом с первым входом второго элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу пятого элемента И и к второму входу второго элемента И, соединенного выходом с первым входом пятого элемента ИЛИ, подключенного выходом к счет ному входу первого реверсивного счет.Я чика импульсов, вторым входом в . к выходу шестого элемента И, а третьим входом - к второму входу четвертого элемента ИЛИ и к выходу седьмого С элемента И, соединенного первым входом с выходом элемента НЕ,а вторым Я входом-с первым входом шестого эле-. мента И,подключенного вторым входом фф к входу элемента НЕ и к выходу первого " элемента ИЛИ,соединенного вторым вхо дом с выходом первого элемента И,при чем инверсные выходы каждого разряда Я, первого и второго реверсивных счет- ь чиков импульсов подключены соответ- миф ственно к первым и вторым входам восьмого элемента И, соединенного выходом с единичным входом триггера,а. первый и второй входы пятого элемента И подключены соответственно к выходу .генератора импульсов и прямо- му выходу триггера.Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может бытьиспользовано в устройствах выводаграфической информации и для формирования шаговых траекторий исполнительных органов в системах числового 5программного управления, в системахввода графической информации в режиме следящего преобразования сцелью компактного представления инФормации, и для подготовки исходной 10числовой информации для управляющихустройств в системах числового программного управления.Известно устройство, содержащеесчетчики, подключенные к блоку вы-. 15числения разности и коммутатору,блок управления и сумматор 1Недостатком известного устройстваявляется то, что оно не обеспечиваетвыполнения обратного процесса интерполяции, т.е. расчета координат опорных точек по заданной последовательности узловых точек, и поэтому онине могут быть использованы для подготовки управляющих программ для,устройства с числовым программнымуправлением.Наиболее близким к предлагаемомуявляется интерполятор, содержащийсчетчики, соединенные с входами сумматора, блок элементов задержки иэлемент И-НЕ Г 2,Недостатком такого интерполяторазаключается в сложности,Цель изобретения - упрощение 35интерполятора.Поставленная цель достигаетсятем, что интерполятор, включающийпервый и второй реверсивные счетчикиимпульсов, подключенные прямыми выходами каждого разряда соответственно к первым и вторым входам сумматора, содержит генератор импульсов,пять элементов ИЛИ, элемент НЕ,восемь элементов и и триггер подклю ченный нулевым входом к шине фУстановка исходного состояния, инверсным выходом - к суммирующим входампервого и второго реверсивных счетчиков импульсов, а прямым выходом - квычитающим входам первого и второгореверсивных счетчиков импульсов,соединенных счетными входами соответственно с первым и вторым управляющк.ми входами сумматора, подключенногоинверсным выходом каждого информационного разряда к входам первого элемента И, прямым выходом знаковогоразряда. - к первым входам второго итретьего элементов И и первого элемента ИЛИ, а инверсным выходом знако вого разряда - к первому входу четвертого элемента И, соединенного,вторым входом с выходом второго элемента ИЛИ, а выходом - с первым входом третьего элемента ИЛИ, подключенного Выходом к счетному ходувторого реверсивного счетчикаимпульсов, а вторым входом - кпервому входу четвертого элементаИЛИ и выходу третьего элемента И,связанного вторым входом с первымвходом второго элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу пятого элемента И и к второму входувторого элемента И, соединенноговыходом с первым входом пятого элемента ИЛИ, подключенного выходом ксчетному входу первого реверсивногосчетчика импульсов, вторым входом -к выходу шестого элемента И, атретьим входом - к второму входучетвертого элемента ИЛИ и выходуседьмого элемента И, соединенногопервым входом с выходом элементаНЕ, а вторым входом - с первым входом шестого элемента И, подключенного вторым входом к входу элементаНК и выходу первого элемента ИЛИ,соединенного вторым входом с выходомпервого элемента И, причем инверсныевыходы каждого разряда первого ивторого реверсивных счетчиков импульсов подключены соответственно к первым и вторым входам восьмого элемента И, соединенного выходом с единич-.ным входом, триггера, а первый и второй входы пятого элемента И подключены соответственно к выходу генератора импульсов и прямому выходу триггера,- На фиг. 1 представлена блок-схемаинтерполятора; на Фиг, 2 - примерлинеиной интерполяции, выполненныйс помощью интерполятора; на фиг.Зпример работы интерполятора в режиме аппроксимации;на фиг. 4 и 5-таблицы работы интерполятора в режиме линейной интерполяпии и режиме аппроксимапии соответственно.Интерполятор содержит первый 1 ивторой 2 реверсивные счетчики импульсов, сумматор 3, второй элемент И 4,четвертый элемент И 5, второй элементИЛИ 6, третий элемент ИЛИ 7, пятыйэлемент ИЛИ 8, пятый элемент Й 9,генератор 10 импульсов, триггер 11,первый элемент И 12,первый элементИМИ 13, элемент НЕ 14, шестой элемент И 15, седьмой элемент И 16, четвертый элемент ИЛИ 17, третий элемент И 18, восьмой элемент И 19, шинуУстановки исходного состояния,Счетчики 1 и 2 служат для подсчета приращений координат в режиме пря"мой и обратной интерполяции, а ихпервые и вторые управляющие входыдля управления сложением и вычитанием.Сумматор 3 служит для подсчетаоценочной функции. Первый и второйвходы(информационные) сумматора являются входами поступления первого ивторого операндов, находящихся соответственно в счетчиках 1 и 2. Втот-мха и х -хОк кВ этом случае значения текущих координат точки будут равны своим 60 конечным значениям, т,е. у)вУки Х; Х.Разность между текущими значениями координат точки и конечными значениями (2) подсчитывается счетчиками 2 и 1 интерполятора, а момент дос"тижения конечных значений координат рой и первый управляющие входы,соединенные соответственно со счетными входами второго и первого счетчиков 2 и 1, являютСя соответственно входом управления вычитанием и сложением операндов, находящихсясоответственно в счетчиках 1 и 2.Прямой и инверсный выходы знаковогоразряда сумматора являются индикаторами отрицательного и положительногочисла, находящегося в сумматоре 1 ОЭлементы И 4 и 5 служат для формирования на своих выходах счетных.импульсов, подсчитываемых соответственно счетчиками 1 и 2, являющихсяодновременно и сигналами управления 15соответственно суммированием содержимого второго счетчика 2 и вычитавием содержимого первого. счетчика1. Элемент И 4 вырабатывает сигналйтолько в режиме интерполирования, аэлемент И 5 - в обоих режимах.Элементы ИЛИ б,7 и 8 служат длясборки сигналов, поступающих на ихвходы.Элемент И 9 служит для Формирования тактовых импульсов в течениекадра интеполирования, генератор10 импульсов - для формирования .такторых импульсов, необходимых дляработы устройства в режиме интерполирОвания, а триггер 11 - для выборарежиМа работы устройства (интерпо- .лирования и аппроксимации).Элемент И 12 является нуль-орга.ном, его входы соединены с инверснымивыходами сумматора 2Сигнал 35на выходе элемента вырабатываетояв том случае, если содержимое сум=матора равно нулю, т,е. когда всесигналы на инверсных, выходах сумма-.тора равны 1. 40Элемент ИЛИ 13 служит для сборкисиГналов, появляющихся на его выходе,если содержимое сумматора 3 либо отрицательно, либо. равно нулю, элемент НЕ 14 - для инвертирования сиг;нала поступающего с выхода элемента 4ИЛИ. 13 Сигнал на выходе элемента НЕпоявляется, если содержимое сумматора 2 положительно и не. равно нулю,т.е. инверсно по отношению к сигналус выхода элемента ИЛИ 13. 3Элементы И 14,15 и 16 служат для формирования управляющих сигналов в режиме аппроксимации, а элементИЛИ 17 - для сборки сигналов, Сигнал на его выходе появляется в том .случае, если очередное .поступившее .:на. вход. устройства приращение лежит иа: конце сформированного отрезка. Этот сигнал является сигналом признака Конец отрезка.Элемент И 19 является индикатором нуля и вырабатывает на своем выходе сигнал, если содержимое счетчиков 1 и 2 равно нулю, для этого его входы . соединены с инверсными выходами счетчиковШина Установка исходного состо" янияф 20, служит для установки триг гера, что обеспечивает переключение на режим интерполирования.Интерполятор работает следующим образом.ИнтеРполируемая прямая делит плоскость ХУ на две области: область, где Р 70, находится под прямой, область, где Р С О, расположена над Прямой и У"-О для точек, расположенных на прямой линии(фнг. Г).Значение оценочной ункиии в леббй промежуточной точке определяется вы- ражением где ук, Ук - координаты конечной точки (координаты начальной точки совпадают с началом координат)уу 1, у - координаты влекущих. точек.Если промежуточная точка траектории с учетом смещения, определяемого начальным значением оценочной функции, находится .в области РО, то шаг делается по оси У., если в области Р 0то по оси Х, Каждому шагу вдоль одной из ее осей соответствует согласно выражению (1) свое значение оценоч ной функции. Начальное значение оце- НОЧНОЙ функции Р 00=У ЯкеПри обработке траектории по каждой из осей координат должно быть сделано заданное число шагов. Чтобы упростить процедуру расчета, учет количества нагов ведется одновременно с интерполяцией путем полследовательного вычитания отработанного числа шагов из заданногО. Точность интерполиро- вания при этом. Не ухудшается, но уменьшается объем оборудования, так как подсчет числа шагов, осуществляется самим интерполятором.С учетом сказанного значение оценочной функции будет определяться выражением Г, =Г +.Е (У -У.)дХ.-5 ( -ХЛОДЖ, (2)Ц 00 Ос С 1 0 С Д 3 С ф(Вычисления заканчиваются, когдапо каждойиз осей координат будетотработано заданное число шагов,т.е, когда будет выполнено условиефиксируется элементом И 19, Тем са- и ИЛИ б, С выхода последнего импульсымым на одном и том же оборудовании поступают на вход элемента И 5.реализуется одновременно два процес- Если содержимое сумматора бтрицаса:интерполяция и отсчет количества тельно, разрешающий потенциал с высделанных шагов. Раньше для этой хода знакового разряда сумматораиспользовался большой объем оборудо прикладывается к входу элемента И 4вания. и импульсы с его второго входа будутПроцесс обратной интерполяции проходить на выход этого элемента иво многом сходен с процессом прямой через элемент ИЛИ 8 на входы суммаинтерполяции, Начальное и текушее тора 3, включая режим сложения содерзначения оценочной Функции определя жимого счетчика 2 с содержимым сумтся так же,как и раньше, в эавиои- матора, при этом содержимое сумматоости от расположения координат ра изменяется и станет равнымтекущей точки относительно Формируемого отрезка. Е.,=Е+У ДХ, : Е .+УВ процессе обратной интерполяциипроисходит накопление приращений, аа содержимое счетчика 1 уменьшится не их убывание - выражение в круглых на 1 единицу и станет равнымскобках в (2).Обозначим У К -У=У и.Хк -Х =Х. Подставив эти значейия Х =Х-ЬХщХ.в выражение (2)получим выражениеоценочной функции для режима. обратной. Подобный процесс продолжается до ,интерполяции, тех пор, пока содержимое сумматора,не изменит свой знак на противоположный или не станет равным нулю.При этом содержимое счетчика 2 оста 25 нется неизменным, а содержимое счет,.чика 1 изменяется с приходом каждого где У.-зс. Д -с- .значения теку- импульса в соответствии с выражением(,=, ДУ. и К.:йМ1(11 Эщих координат формируемого отрезка,)( -Х, АХ ыХ -. подсчитываемые соответственно счетчи-.зо и 1 1 и ( к Фх 1 и к аФХ "1 .кани 2 й 1.Будем считать, что текущее единич- При изменении знака содержимого ное приращениедУ+ принадлежит Форми сумматора .на противоположный или руемому отрезку, если Р 1)ЪО и, соот при равенстве нулю содержимого Фмветственно, текущее единичное прира- матора разрешающий потенциал с вы- щение 4 Х;+принадлежит Формируемому35хода знакового разряда сумматора отрезку, если Р; О. прикладывается к входу элемента И5В результате этого импульсы,При нарушении этого условия счи- поступающие с выхода этого элемента таем, что отрезок сформирован, а на-на входы сумматора 3 и счетчика 2, копленные к этому времени значения 40 изменяют их содержимое. Содержимое текущих координат являются координа- счетчика 2 изменяется в соответствии тами конечной точки этого отрезкас выражением (координаты начальной точки при этомсовпадают с началом координат).у у .у ) дУ. :У -.Суказанные логические условия Реа . )+4)+4 к .у" " 1)у лизуются с помошью введенных в уст;ройство дополнительных элементов и . а содержимое сумматора изменяется в : связей. соответствии с выражениемВ исходном состоянии счетчики1 и 2, сумматор 3 и триггер 11 об )11 И Ц нулены, а счетчики включены на режимработы суммирования. Этот процесс продолжается до техВ режиме интерполирования устрой- нор, пока содержимое сумматора не ство работает следующим образом. изменит свой знак на противоположный.Перед началом работы счетчики 1 Последовательность описанных и 2 содержат значения конечных коор-автоколебательных процессов продолДинат отРезков Х к и У (начальные жаетсЯ До тех поР, пока соДеРжимое координать 1 совпадают с началом систе-. счетчиков 1 и 2 не станет равным1мы координат), а сумматор - начальное . нулю, Это будет свидетельствовать значение оценочной Функции Рво =У - Х, о том, что заданное число шагов по Ватем сигналом по входу 20 триггер 60 обоим осям системы координат отра переводится в единичное состояние, ботано. При этом наличие на всех в результате чего счетчики 1 и 2 пере- инверсных выходах счетчиков, а следоводятся в режим вычитания, а импульсы вателЬно, и на входах элемента И генератора 10 импульсов через элемент 19 сигналов приведетк появлению И 9 поступают на входы элементов:И 4 65 .на выходе этого элемента сигнала,устанавливающее триггер 11 в исход ное состояние. С переводом триггера11 в исходное состояние разрешающийпотенциал на входе элемента И 9 исчезает и устройство прекращает своюработу. При этом счетчики оказываются в исходном нулевом состоянии,сумматор 3 очищается (связь от выхода элемента И 19 на нулевой установочный вход сумматора на фиг. 1не показана) и устройство готово кприему очередного кадра информации.Импульсы, появляющиеся на выходахэлементов ИЛИ 7 и 8, являются сигналами управления перемещением исполнительного органа по координатнымосями и Х соответственно.Принцип работы устройства в режиме прямого интерполирования поясняется примером, приведенным на фиг.2и 4.В режиме обратного интерПОлиРования триггер 11 находится в исходномсостоянии и счетчики 1 и 2 включенына режим суммирования.В процессе работы содержимое изменяет свой знак, И если содержимоесумматора 3 положительно или равнонулю, то разрешающий потенциал синверсного выхода знакового разрядасумматора прикладывается к управляющему входу элемента И 5, Если содержимое сумматора оказывается равным, нулю, то разрешакщийся потенциал с,выхода элемента И 12, на входахкоторого в это время присутствуютвсе разрешающие единичные сигналы,через элемент ИЛИ 14 поступает Навход элемента И 15.Если содержимое сумматора отрицательно, то разрешающий потенциал спрямого выхода знакового разрядасумматора прикладывается к управляющему входу элемента И 18, и черезэлемент ИЛИ 13 к входу элемента И15.Если содержимое сумматора не равно нулю и положительно, то разрешающий потенциал после инвертированиясигнала с выхода элемента ИЛИ 13элементом НЕ 14 прикладывается квходу элемента И 16,Если содержимое сумматора в процессе работы равно нулю или отрица-.тельно, то элемент И 15 открыт и.поступающие на другой его вход импульсы проходят на выход элементаи через элемент ИЛИ 8 поступают науправляющий вход сумматора,3, разрешая суммирование содержимого счетчика 2 с содержимым сумматора, и навход счетчика 1, изменяя его содержимое на единицу.Значения содержимого сумматораи счетчика 2 при этом будут определяться соответственно выражениями 14 Х Ы(Х 15 20 ЗО 35 40 45 точки прямолинейного отрезка. После ,считывания информации и установки счетчиков 1 и 2 и сумматора 3 в сос 50 55 60 Р .=Р,.У.йХ. :Р, +у.; Н,1 ,1 1 Ж Ц 3Если содержимое сумматора в процессе работы равно нулю кли положительно, то элемент И 15 открыт и поступающие с.второго входа элемента ИЛИ 6 импульсы проходят на его выход и через элемент ИЛИ 7 поступают на управляющий вход сумматора 3,разрешая вычитание.из его содержимого содержимое счетчика 1.Импульсы с выхода элемента ИЛИ 7,поступающие на входсчетчика 2, изменяют его содержимое на единицу в соответствии с выражением. 1+ 1 Р сР 1" %У Содержимое сумматора изменяетсяпри этом в соответствии с выражением Р Р.,-Х, ЬУ. =Г. -Х. 1,1 М 1,1 1 1 М Если содержимое сумматора не равно. нулю и положительно или отри-цательно, то разрешающие. потенциалы приложены соответственно к первым входам. элементов И 16 и 18. Если в это время на вторых их входах появится импульс, то он проходит на выход соответствующего элемента И и на вход одного из элементов ИЛИ 8 и 7, изменяя содержимое одного из счетчиков и .сумматора, аналогично тому, как если бы импульсы поступали с выходов элементов И 15 и 5. Одновременно с этим импульс с выхода одного из элементов И 16 или И 18 поступает на вход элемента ИЛИ 17 и проходит на его выход. При появлении этого сигнала разрешается считывание содержимого счетчиков 1 и 2, предотавляющего значения координат конечной тояние "нуль" (на фиг.1 связв не показана) устройство готово к обработке следующей порции информации. Аналогичным образом происходит считывание инФормации и установка счетчиков и сумматора в .исходное состояние при поступлении извне сигнала "Конец сообщения".Принцип работы устройства,в режиме обратного интерполирования поясняется. примером, приведенным на фиг,3 и 5.Работа устройства в режиме обратного интерполирования осуществляется без задержек и поэтому обеспечивает обработку быстропротекающих процессов в реальном времени.Реализация двух процессов на одном и том же устройстве расширяет1089551 10 Ук фМ 8 его Функциональные возможности и по- вышает коэффициент использования оборудования.Использование устройства в режиме обратйого интерполирования позволяет уплотнить информацию за счет устранении избыточцим компонентов и тем Самю уменьшить загрузку каналов связи при передаче информации на . Расстояние, уменьшить объемы памяти, требуемые для хранения информации, 10 . и уменьшить процессорное время, затрачиваемое,на автоматизированную .обработку информации,.Упрощение предлагаемого устройства 4 остигнуто за счет того, что для обратного процесса интерполяции получены сходные с, прямым процессоминтерполяции соотношения, которыепозволяют реализовать на одной итой же структуре зти вычисления.Кроме того, в известных устройствахопределение конца обработки траектории при интерполировании осуществляется с использованием дополнительного оборудования. В предлагаемомустройстве процесс определения концатраектории осуществляется в самоминтерполяторе за счет введения обрат- ..ного счета числа отработанных шагови не требует дополнительных затратоборудования./44 Тираж 842 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж-Э 5, Ра митета СССР ткрытийушская иаб., д.4/5