Устройство для суммирования частотных импульсных последовательностей

(19) (11) 1) С 06 С 7/14 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ инированные тва. Рязань в соединены с входами о (2-1)-го и 21-го имлируемых элементов (1=1, входы которых объедися входом соответствуювляющей нулевого коэфемых устроис соответствен пульсных рег,п)вторы иены и являю щей 1-й сост ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(71) Рязанский радиотехнический институт(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУММИРОВАНИЯ ЧАСТОТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПОСЛЕДОВА. ТЕЛЬНОСТЕЙ, содержащее первы,1 и второй импульсные регулируемые элементы, первый блок вычитания, первый блок умножения, первый реверсивный счетчик, первый преобразователькод-частота, причем первые выходыпервого и второго импульсных регулируемых элементов соединены соот- .ветственно с первыми входами первого и второго элементов И соответствующих групп, вторые входы первыхэлементов И первой и второй группсоединены с входами положительныхзнаков первых составляющих соответственно первого и второго слагаемых.устройств, вторые входы вторых элементов И первой и торой групп соединены с входами отрицательных зна- ..ков вторых составляющих соответственно первого и второго слагаемыхустройств, выходы первого и второгоэлементов И первой группы соединеныс первыми входами первых элементовИЛИ соответственно первой и второй групп, выходы первого и второго элементов И второй группы - с вторыми входами первых элементов ИЛИ соответственно первой и второй групп, выходы которых соединены соответственно с входами уменьшаемого и вычитаемого первого блока вычитания, выходы положительного и отрицательного результатов которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ третьей группы, выходы разрядов первого реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами первого преобразователя код-частота, выход которого соединен с входом первого со-множителя первого блока умножения и является выходом первой составляющей результата устройства, о т л и- С а ю щ е е с я тем, что, с цельюР повышения быстродействия, в йего вве-дены селекторные блоки( 2 п)импульсных регулируемых элементов и- число составляющих каждого слагае- фф мого , (2 п) групп элементов И, элементы ИЛИ первой, второй, третьей и четвертой групп, первая и вторая фф группы триггеров, (п) реверсивных счетчиков, (и -11 преобразователейр код-частота, (и) блоков умножения, (и) блоков нормализации модуля, (иблоков нормализации знака, элемент ИЛИ, при этом входы 1 -х составляющих первого и второго слага 11 б 3332ициента устройства, входы г-х составляющих ( =1 в) м-го и и-го коэффициентов устройства соединены с соответствующими входами соответственно (21-1) го и 21-го импульсных регулируемых элементов, К -е выходы (28-1) -го и 2 6 "го (К=1, п-Я + 1, 1 2п)импульсных регулируемых элементов соединены с первыми входами (2 К)-го и 2 К-го элементов И соответствующих (21 -1)-й и 20-й групп, .-е выходы первого и второго импульсных регулируемых элементов соединены с первыми входами (21-1)-го и 21-го элементов И соответственно первой и второй групп, выходы (21-1) -го и 21 -го элементов И первой группы сое- динены с первыми входами элементов ИЛИ, соответственно первой и второй групп, выходы (21-1)-го и 21-го элементов И второй группы соединены с вторыми входами соответствующих 1 -х элементов ИЛИ первой и второй групп, выходы (2 К-)-го и 2 К-го элементов И (21-1)-й группы соединены с соответствующими номеру группы входами 1-х элементов ИЛИ соответственно первой и второй групп, выходы (2 К)-го и 2 М-го элементов И 21-й группы соединены с входами Р-х элементов ИЛИ соответственно первой и второй групп, вторые входы (2-1)-х элементов И первой и второй групп соединены с входами положительных знаков 1 -х составляющих соответственно первого и второго слагаемых устройства, входы 2 К-х элементов И первой и второй групп соединены с.входами отрицательных знаков -х составляющих первого и второго слагаемых устройства, выходы 1-х элементов ИЛИ первой и второй групп соединены с входами уменьшаемогд и вычитаемого соответствующих 1 -х блоков вычитания, выходы положительного и отрицательного результатов которых соединены соответственно с первым и вторым входами 0-го элемента ИЛИ третьей группы, выход 1-го элемента ИЛИ третьей группы соединен с входом уменьшаемого соответствующего селекторного блока, вход вычитаемого которого соединен с выходом результата соответствующего ,блока умножения, ретьи входыв .х элементов ИЛИ третьей группы соединены соответственно с выходами переноса соответствующих с)-х селекторных блоков, выходы положительной и отрицательной последовательностей1-го селекторного блока соединены соответственно с входами сложения и вы-.читания 1-го реверсивного счетчика,выходы .разрядов 1-го реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами 1-го преобразователякод-частота, выход которого соединен с входом первого сомножителя 0 -го блока умножения и является выходом 6-В составляющей результата устройства, вторые входы 1-х блоков умножения являются входами соответственно 1-х составляющих импульсной последовательности устрейства, третьи входы - входами -х составляющих нулевого коэффициента устройства, выходы сигналов положительного и отрицательного переносов 1 -х реверсивных счетчиков соединены с установочными входами соответствующих триггеров первой группы, первый установочный вход (1 - 1)-го триггера второй группы соединен с выходом соответствующего триггера первой группы и с первым входом управления соответствующего блока нормализации модуля, второй установочный вход (1-1 )-го триггера второй группы соединен с выходом соответствующего элемента ИЛИ четвертой группы, выход 1-1 )-го триггера второй группы соединен с первым входом управления соответствующего блока нормализации знака, первые входы2(1 -1) -1) -го и 2(1 в ) -го элементов И(2 п+11 -й группы соединены с выходами соответственно положительного и отрицательного знаков результата(-)-го блока вычитания и соответственно свторым и третьим входами управления соответствующего блока нормализации знака, вторь:е входы - с выходами соответственно отрицательного я положительного знаков результата 1-го блока вычитания и вторым и третьим входами управления (1-1)-го блока нормализации модуля, а выходы - соответственно с первым и вторым входамиф) -го элемента ИЛИ четвертой группы, входы первой и второй импульсных последовательностей блоков нормализации знака и блоков нормализации модуля являются соответственно входами импульсных последо, вательностей устройства, выходы последовательностей с первой по четвертую (Д -1)-го узла нормализации моду1163332 ля соединены соответственно с(21-1)-ми входами ( - 1)-х элементов ИЛИ первой и второй групп и (21+1) -ми вхо- дами 1 -х элементов ИЛИ первой и второй групп, выходы с первого по четвертый (1 - 1)-го узла нормализации знака соединены соответственно с (20-1 )-ми входами (Г-)-х элементов ИЛИ первой и второй групп и с (2 1 + + 1) -ми входами 1-х элементов ИЛИ перф вой и второй групп выходы положи 1тельного знака результата блоков вычитания соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом знака результата устройства.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что селекторный блок содержит вычитатель, элемент ИЛИ, элемент И, фузел сравнения частот, при этом входы уменьшаемого и вычитаемого вычитателя являются.соответствующими входами селекторногоблока, первый выход вычитателя соединен с соответствующими входамиэлемента ИЛИ и первого элемента И,второй выход - с вторым входом элемента ИЛИ и первым входом второгоэлемента И, выход элемента ИЛИ соединен с первыми входами узла сравнения частот и третьего элемента И,второй вход узла сравнения частотсоединен с источником эталонной имИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении частотно-импульсных вычислительных устройств высокой производительности, обладаю щих высоксй точностью в статическом и динамическом режимах. Цель изобретения - повышение быстродействия. ФЭНа чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.Устройство рассматривается в ва- . рианте для случая двух слагаемых(Ра 21 13 и трех каналов (,о=3) для представления составляющих слагаемых, масштабпульсной последовательности селекторного блока, первый выход " с вторыми входами первого и второго элементов И, второй выход - с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом умножителя, выход умножителя и выходы первого и второго элементов И являются соответственно выходами переноса и выходами отрицательной и положительной импульсных последовательностей селекторного блока.3. Устройство по п,1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что блок нормализации знака содержит шесть эле- . ментов И, первые входы первого и второго элементов И являются первым входом управления блока, вторые входы- соответственно входами первой и второй импульсных последовательностей, выход первого элемента И соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов .И, выход второго элемента И соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, вторые входы третьего и пятого элементов И.являются вторым входом управления бло. ка, вторые входы четвертого и шестого элементов И являются третьим входом управления блока, выходы элементов И с третьего по шестой являются выходами импульсных последовательностей с первой по четвертую блока. гных коэффициентов и выходного сигнала.Устройство содержит импульсные регулируемые элементы(,ИРЗ ) 1 - 6, блоки 7 - 9 умножения, элементы И 10 - 15 первой группы, элементы И 16 - 21 второй группы, элементы И 22 - 25 третьей группы, элементы И 26 - 29. четвертой группы,элементы Ф 30 и 31 пятой группы, элементы И 32 и 33 шестой группы, элементы ИЛИ 34 - 36 первой группы, эле. менты ИЛИ 37 - 39 второй группы, элементы ИЛИ 40 - 42 третьей группы, блоки 43 - 45 вычитания, реверсивные счетчики 46,-. 48, триггеры 49 и, 50 первой группы, преобразователи51 - 53 код - частота, элементыИ 54 - 57 седьмой группы, селекторные блоки 58 - 60, блоки 61 и 62 нормализации модуля, блоки 63 и 64 нормализации знака, элементы ИЛИ 65и бб четвертой группы, триггеры 67и 68 второй группы, элемент ИЛИ 69.Блох 58 содержит вычитатель 70,элемент ИЛИ 71, элементы И 72-74,узел75 сравнения частот, умножитель 76.Блок 59 содержит вычитатель 77,элемент ИЛИ 78, элементы И 79-81, узел82 сравнения частот, умножитель 83.Блок 60 содержит вычитатель 84, элемент ИЛИ 85, элементы И 86 и 87,узел 88 сравнения частот, Блок 61 содержит элементы И 89 - 94, входы95 - 97 управления. Блок 62 содержит элементы И 98 - 103, входы 104106 управления. Блок 63 содержит элементы И 107 - 112, входы 113 - 115управления. Блок 64 содержит элементы И 116 - 121, входы 122 - 24 управления. Элементы ИЛИ 34 - 39 имеютдополнительные входы 125 - 130, соединенные с выходами импульсных последовательностей блоков 61 - 64.Устройство работает следующимобразом,Предположим, что необходимо реализовать операцию суммирования вобобщенном виде р.Еяхз:1Упри представлении масштабных коэффициентов и слагаемых в виде суммысоставляющих,Е,С учетом выраженин (2) сумма (1)может быть. записана, какП ощ 2 :.:.Е1 "где и - число составляющих слагаемых и масштабных коэффициентов;р - число слагаемых.С уменьшением порядкового номерасоставляющих слагаемого можно снижать точност;. представления соответ.ствующего масштабного коэффициентабез внесения дополнительной погрешности в результа операции, выражение (3)принимает видР ь з+1г. С , )У.1,;: : 1 55 13 одз фз пгг Раз Рп з Ргз Ром10 1 1163332 4откуда нетрудно записать соотношение для определения числа элементовИ для представления знака слагаемыхК=2 рЯ, (5)% . (а, +а )игде Я =" - убывающая арифметическая прогрессия;а=а + д(п); а =1; й =1,С учетом значений а, а, БК = (1 +и) и р (6)Для.определения динамических характеристик устройства необходиморасполагать значением числа слагаемых каждого канала дпредставляющих произведЕние составляющих слагаемых и результата операции на масштабные коэффициенты, характеризуемые одинаковыми пределами изменения.2 О Учитыва:., что при представлениисоставляющих слагаемых, результатаоперации и масштабных коэффициентов, используется принцип равномер.ного разбиения и принимая во внима 25 ние выражение (4)Р; + (7)где- порядковый номер канала;р - число слагаемых,Так как носителем информации является частота следования импульсов,представляющая временной параметр,целесообразно диапазоны изменениячастот 1 Гцсоставляющих слагаемых,масштабных коэффициентов и результата операции выбирать равными и лежа 35= - (101- 106)Р = - (10 -10 )1 1 6Ф2 1 г40 1 Ъ 2 . 21 2Р = - (10+- 10); Р = - (106-106)Ф 6Ргг = - (10 - 1 О ) 1 Ргз = 2 (1 О - 10 )Максимальные значения частот составляющих масштабных коэффициентов45 выбираются согласно выражению(8)где Р - предельная частота переключения выбранной элементной50 базы.1Р =Р = Р щ - 10- РЧ зз 3Т Р11 1 г г 1 Р - Р - .1 05(9) С учетом значений частот составляющих слагаемых и масштабных коэффициентов пределы изменения входных частотр (104 10 ь), р (104 10 ь),104 10 ь) 20 25 Назначением селекторного блокаявляется выделение из сигналов рассогласования Р, которые формируются на выходе вычитателей 70, 77 и84, составляющих, пропорциональных 30целой и дробной частей результата Р,Рассмотрим функционирование селекторных блоков 58 - 60 на примере блока 59. Предположим, что один 35из входных сигналов получает приращение в виде скачка. Так как вобщем случае в выходном сигналевычитателя 77 имеют место составляющие, пропорциональные целой и дробной частям выходной частотно-импульсной последовательности Р 2, напервом выходе узла 82 формируетсяразрешающий, а на втором - запрещающий сигналы. Последовательность 45Р поступает на вход счетчика 47.Так как преобразователь 52 формируетрезультирующий сигнал, содержащийтолько целые части, то по завершению,переходного процесса на выходе вычитателя 77 имеет место сигнал, равныйнулю либо соответствующий дробнойчасти Р , что приводит соответственно к формированию разрешающегосигнала на втором выходе узла 82, 55Импульсная последовательность, проходя через элемент И 9 и умножитель 83, поступает на третий входэлемента ЕЛИ 42,Назначением блоков 61 и 62 нормализации модулей является устранение возможного переполнения счетчиков соответств.ющих каналов и организация процесса переноса единиц в старшие разряды.Рассмотрим работу блоков 61 и 62. Предположим, что необходимо реализовать операцию вида2 = Ах + ВуПри этомА=1; В=1; т=1; тпу =1;к=587893; у = 109981.При числе составляющих о=3 сумма составляющих и основание слагаемых х, у равных= 58; хг =78; хз=93; х = 00;у=10; у =99; у =81; у = 100;68; 22= 177 23 174Из приведенного примера следует, что в третьем и втором каналах имеет место переполнение, что соответствует появлению разрешающих сигналов на выходах триггеров 49 и 50. Следовательно, элементы И 89, 90, 98 и 99 открыты по соответствующим входам. Так как составляющие слагаемых положительны, на выходах положительного результата вычитателей 44 и 45 формируются разрешающие сигналы т,е. элементы И 91, 93, 100 и 102 открыты, Частота Р 1, пропорциональная единице пер полнения с помощью элементов И 89 и 91 и элемента ИЛИ 34.,просуммпруется с составляющей первого канала. Аналогично Р 2,пропорциональная,единице переполнения с помощью элементов И 98 и 100 и элемента ИЛИ 36, просуммируется с составляющей.второго канала. При этом с помощью элементов И 90 и 93, ИЛИ 37 и элементов И 99 и 102, ИЛИ 39 во второй и третий каналы поступают частоты Ри Р 2, пропорциональные основанию в вйде вычитаемых, Следовательно, результирующее выражение принимает вид21 = 69; 22= 78; 2 = 74.зПри уменьшении слагаемых, напримероу = 101106 -ь у, -101 уг -11 фу =06в счетчиках 47 и 48 записывается отрицательное значение кода, что приводит к возвращению триггеров 49 и 50 в исходное состояние, при котором элементы 89, 90, 98 и 99 закрыты по ссответствующим входам. При этомпрекращается поступление сигналов,пропорциональных единицам переполнения через элементы ИЛИ 34 и 35и вычитаемых через элементы ИЛИ 38и 39. Результат операции равенЕ 68; Е фф 89; Е 99.Назначением блоков 63 и 64 явля"ется формирование знака составляющих выходного сигнала.При правильном формировании сос"тавляющих результата суммы их знакидолжны соответствовать знаку старшей составляющей.Предположим, что необходимо реализовать операцию алгебраическогосуммирования Ех-у 587893-109981,При выбранном числе каналов п=Зоснование составляющих слагаемыхравно 100, т.е. х = у100. Следовательно,хф 38; х=783 х 93у -10 ф у = -99 ф у =-81ф азЕ 1481 Еа 211 ЕэПолученный результат Еявляетсяошибочным, так как по нему нельзяопределить знак результата операции, а модульные значения составляющих являются неверными.Блок 63 устраняет выявленные выШе ошибки при формировании результата суммы. Последнее реализуется следующим образом, При полученном зна 163332 8чении 7. имеют место сигналы на выходе положительного знака результатавычитателя 43 и на выходе отрицательного знака результата вычитателя 44, что приводит в свою очередьк появлению сигнала на выходах элементов И 54 и ИЛИ 65. В результатетриггер 67 изменяет свое состояние,сформировав на выходе разрешающий0 сигнал. Элементы И 107, 108, 109 и111 открыты по соответствующ.щ входам, На вход элемента ИЛИ 37 поступает частотно-импульсная последовательность Р в качестве вычитаемого15 пропорциональная единице математической величины первого канала, навход элемента ИЛИ 35 поступает сигнал Р 7, пропорциональный основанию, который просуммируется с пос 20 ледовательностью второго канала. Приэтом корректируется результат операции суммированияЕ =. 47; Е "79; Е =12,Триггер 67 находится во вновь .25 сформированном положении до тех пор,пока составляющие входных сигналовх и у не изменяются до значений,при которых наступает переполнениесчетчика 47, что вызывает появлениещ возбуждающего сигнала на первом выходе триггера 67, при котором онвозвращается в исходное положение,