Многоразрядный функциональный преобразователь

ОП ИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистиивских Республик(23) Гриорнтет 6 061/00 Государственный комет Совета Мнннстров ССС не делам нэабретеннй н открытей. А. Кочкарев и Я, Д. Зарецкий им, В. Д. Калмыкова Таганрогский радиотехнический инс 1) Заявите 54) МНОГОРАЗРЯДНЫЙ фУНКБИОНАЛЬПР ЕОБР АЗОВ АТЕЛЬ(61) Дополнительное к авт Устройство относится к области гибридной вычислительной техники и предназначено для использования в качестве решающего блока в вычислительных устройствах, оперирующих с многоразрядными числами, аналоговой системой переработки информации,Известны универсальные диодные функциональные преобразователи, которые исполэ- эуют кусочно-линейную аппроксимацию заданных функциональных зависимостей 1. При этом аргумент и функциями моделируются некоторыми напряжениями или токами, и в связи с этим, точность этих устройств весьма ограничена. 1Наиболее близким техническим решением являетсямногоразрядный функциональныйЪпреобразователь, содержащий блок определения учаСтка аппроксимации, блок управления величиной угла наклона и многоразрядный сумматор, выход которого через блок нормализации соединен с группой выходов преобразователя 21.Укаэанный функциональный преобразователь обладает сложной конструкцией т.к. позво- д ляет моделировать только монотонные функци со второй производной неизменного знака,Кроме того, на аппроксимациюнакладывается условие, чтобы в узлах излома некоторые координаты узлов являлись круглыми числами, т. е. состояли иэ одного,старшего разряда, что во многих случаях является неудобным.В предлагаемом многоразрядном преобразователе, с целью упрощения его структуры, группа входов блока определения участка аппроксимации соединена с первой группой преобразователя и с первой группой входов мйбгоразрядного сумматора, вторая группа входов которого через блок управления величиной угла наклонасоединена с грув пой выходов блока определения участка аппроксимациипоследний выход которого подключен к соответствующему входу сумматора, третья группа входов которого является второй группой входов преобразователя; при этом многразрядный сумматор содержит резисторно-ключевую матрицу, две группы входов которой подключены соответственно к первой и второй грппвм входов многораз.родного сумматора, а группа, выходов резисторнс-ключевой матрицы через управляемыеключи соединена с входом инвертора и первым входом двухпоэиционного ключа, второйвход которого подключен через масщтабныВрезистор к выходу инвертора, а выход двухцозиционного ключа соединен с соответствующим входом многоразрядного сумматораи входом выходного усилителя, а блок определения участка аппроксимации содержит 10резисторную матрицу, горизонтальные шины которой соединены с группой входов блока, вертикальные щины разделены на двегруппы, шины первой из которых через ключи соединены с первым выводом масщтабно; 15го резистора, второй вывод которого .подкдючен ко второму выходу блока, каждая вертикальная шина второй группы через соочветствуюшие последовательно соединенныеоперационный усилитель, управляемый ключ. 20С-фильтр и логический элемент подключена к соответствующему выходу блока,управляюшие входы управляемых ключей подключены к соответствующему входу блока.На фиг. 1 показана стуктурная схема 25функционального преобразователя на фиг, 2 структурная схема блока ощзедедения участка аппроксимации и управления величинойсмещения; на фиг. 3 - структурная схемаблока управления величиной углового коэффи. З 0циеита и схема реэисторно-ключевой матрицы многоразрядного сумматора; на фиг. 4 графк аппроксимируемой функции.Функциональный преобразователь содер-.жит многоразрядный сумматор 1 блок 235определения участка аппроксимации, блок 3управления величиной угла наклона и блок4 нормализации.Многоразрядный сумматор 1 (см. фиг. 1и фиг. 3) состоит иэ реэисторно-ключевойЩматрицы 5, управляемых ключей 6, управляемых разрядными компонентамн независимогопеременного Х (аргумента функции), инвертора 7, двухпозиционного ключа 8 и выходного усилителя 9. Резисторно-ключевая матрица 5 (см. фиг. 3)имеет 2 л -1 вертикальных щин, подключаемых к генератору ортогонадьных сигналов Я 1, 3, Яй, , гдеи - число разрядов аргумента Х и угдово 50го коэффициента К; и Ф горизонтальных выходных шин, на которых формируются несинусоидадьные периодические сигналы моделирующие угловой коээфициент К с(онулевым сдвигом, а также КО)то же,со сдвигом на один разряд влево, К - то(Цже, со сдвигом на два разряда влево и т.д.доК -)Укаэанные шины через управляемые ключа6 соединены с суммирующей точкой выходоОного усилителя 9, в зависимости . от положения двухпоэиционного ключа 8, непосредственно или через инвертор 7.Кроме этого, к суммирующей точке выходного усилителя 9 подключен выход блуа2 определения участка аппроксимации, который также управляет величиной смешения.Через этот выход передается сигналмоделируюший смещение аппроксилируюшихотрезков на различных участках аппроксимации (см. фиг. 4).На выходе усилителя 9 получается сигнал,моделирующий функцию У в ненормализован-.ной форме, т.е. в такой форме, когда ортогональные составляюшие, моделируюшие отдельные разряды числа У, несмотря на двоичнуюсистему счисления, имеют уровни, превыщаюшие единицу. Для нормализации результата,если в этом есть необходимость, используется блок нормализации 4.Блок 2 определения участка аппроксимации (см. фиг. 2) содержят резисторную матрицу 10, предназначенйую для формированиясигналов, моделирующих координаты Х , 1Х ъ .Х ,играниц участков аппроксй-.мации (точек излома) где т - число участков аппроксимации (отрезков ломаной), атакже для формирования сигналов, моделируюших величины постоянных смешений Л.1 с, д, где а, в, с, , т - обозначение участков аппроксимации на фиг. 4.Обе части резисторной матрицы 10 разделены щтрих-пунктирной линией. Горизонтальныешины матрицы 10 присоединены к группевходов преобразователя, на которые подаютсяортогональкые сигналы К, К, Кпричем, учитывая то обстоятельство, чтовеличины Хи Ь могут быть различного знака, горизонтальные шины являютсясдвоенными и от каждого выхода генератораортогональных сигналов (на чертежах генератор не показан, т. к, является внешнимустройством и не входит в состав преобразователя) используются два противофвзныхсигнала, моделируюших положительные числа(шины со знаком - ), Резисторы матрицы10 набираются; заранее с учетом величиныи знака Х и Ь,Вертикальные айяй левой части матрицы10, предназначенные ддя выработки сигналов -Х, -Х 1 -Х , подключены к суммирующим точкам операционныхусилителей 11, куда, также через резисторы подключена входная клемма преобразователя с сигналом моделирующим аргумент Х.Выходы операциониых усилителей 11подключены к входам управляемых ключей12, управдщошие входы которых подключе-.ны к источнику ортогонадьных сигналов так,что ьа их входах сигнал является суммой60 всех сигналов генератора с минусовых ший т.е. на все,управлякацие входы подается сигнал " Е К, Выходы ключей 12 черезвинтегрирующие КС - фильтры 13 подклю-, чены к логическим элементам 14 (НЕ) и логическим элементам 15 (ИЛИ-НЕ). Логические элементы 15 предназначены для выработки сигналов, которые указывают участок аппроксимации, а, в, с М/на котором находится аргумент Х, т.е. если, например, величина Х лежит между значениями Х и Х (участок в); то на выходе сигнал будет представлять собой логическую единицу, а на всех остальныхвыходах а, с юп - логические нули.Указанные выходы подключены к управ-. ляющим-входам ключей 16, и ключей 17 (см. фиг. 4) так, что соответствующий ключ замкнут если на выходе логического элемента 15, обозначенного той же буквой, имеетсяединицаи разомкнут в противном, случаеТаким образом, в каждый момент врембии замкнут только один из ключей 16 и один из ключей 17.Блок 3 управления величиной углового коэффициента,;который на фиг. 3 изображен, совместно с резисторно-ключевой матрицей 5 многоразрядного сумматора 1, содержит- матрицу 18, горизонтальные шины которой через ключи 17 а, в, с,еп подключены к ояфей точке, а,вертикальные шины через резисторы 19 подключены к обшей точке, а вертикальные шины через резисторы 19 подключены к источнику 20 постоянного напряжения, Вертикальные шины матрицы35 18 соединены с управляющими входами ключей резисторно-ключевой матрицы 5 многоА разрядного сумматора" 1. Если на соответсчъ вуюшем выходе матрицы 18 сигнал К отличен от нуля, то все ключи, управляемые40 этим. сигналом замкнуты (цепи управления на фиг. 3 1 условно показаны пунктиром), если же потенциал К равен нулю, то соответствующие ключи матрицы 5 разомкнуты.45 Сигналы Кпредставляет собой разрядные компоненты углового коэффициента К для соответствующего участка аппроксимации, которые заранее набираются для каждого участка а, в, сюс помошью перемычек50 между горизонтальными и вертикальными шинами матрипы 18, причем перемычки ст вятся в тех разрядах, где К = О.Многоразрядный функциональный преояра зователь работает следующим образом,И функция, подлежащая машинной реализацйи кусочно-линейно аппроксимируется, т.е. определяются уравнения отрезков ломаной(см, фиг. 4)1 ф К Х + 1., (участок а)ЧК у, Х + 1. , (участок в) с Х+ -с (участок сМК х ф е (участок 1 п) Значения К для каждого участка аппроксимации набираются с помошью перемычек наматрице 18 блока 3 управления величиной,углового коэЯициента, а значения 1. и )набираются с помощью резисторов на матрице10 блока 2 определения участка аппроксимации,Величина аргумента функции Х подаетсяпокомпонентно на управляющие входы ключей 6 многоразрядного сумматора 1 и совдместо на входы операционных усилителей11. В первом случае компоненты Х управляют ключами 6 при суммировании сигналовК 0, Ко ., К 11 11 так, что если Х =1то сигнал КМ ;участвует .в суммировании,1 эсли же Х=О, то соответствующий ключразомкнут и сигнал Кне участвует всуммировании. Таким образом, умножениевеличины К на Х сводится к поразрядномусдвигу величины К и суммировании сдвинутых сигналов К 01, К. Кдполученных на выходах матрицы 5. Во втофом случае величина Х служит для получения разностей (Х-Х 4 ), - (Х-Х ъ, )на выходах усилителей 11 и для определения знака этих разностей, что осуществляет, ся с помощью ключей 12 и С - фильтров 1 3.Если разность - (Х-Х) юляетсяотрицательной, то сигнал на выходе ключей12 имеет постоянную составляющую котораявыделяется на соответствующем И -фильтре13, если же эта разность положительна, тона выходе .Я;С -фильтра 13 постоянный сигнал равен нулю. Элементы НЕ 14 и ИЛИНЕ 15 служат для логической обработкисигналов, указывающих на знак разности-(Х-Х). Прн этом на 1-ом выходе элементов появляется логическая единица только в том случае, когда текущее значениеХ лежит на 1-ом участке аппроксимации.Указанный сигнал замыкает соответствующий ключ 16 и подает на выход блока 2 величину смещения Ь ; соответствующуюданному участку аппроксимации, а такжезамыкает соответствующий ключ 17, Призамыкании ключа 17 ча соответствующихвыходах матрицы 18 появляются нулевыепотенциалы и ключи матрицы 5, которыесоответствуют этим разрядам, размыкаются.В результате такого взаимодействия навыходных горизонтальных шинах матрицы 5получаются сигналы К 0, К 1 и т. д.для того участка аппроксимации, на которомв данный момент находится величина Х.Для моделирования участков функции сотрицательной производной, что соотвотс 1вует значениям КО , служит двухпоэиционный ключ 8, который управляется блоком 2 определения участка аппроксимациии подает на вход выходного сумматора,суммарный сигнал ЕК" с натуральным знаком (нижнее положение ключа, К О) илис инвертированным знаком (верхнее положение ключа, К0 ). На выходе усилителя9 получается сигнал, моделирующий функцию, в ненормализованной форме. Укаэанныйосигнал нормалиэируется, если есть необхо .димость, в блоке нормализации 4,Предлагаемое устройство позволяет существенно упростить конструкцию известныхмногоразрядных преобразователей. ,15 формула изобретени я201. Многоразрядный функциональный преоб разователь, содержащий блок определения участка аппроксимации, блок управления величиной угла наклона и многоразрядный сумматор, выход оторого через блок нормализа 25 ции соединен с группой выходов преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, в нем группа входов блока определения участка аппроксимации соединена с первой группой входов преобразо вателя и с первой группой входов многоразрядного сумматора, вторая группа входов которого через блок управления величиной угла наклона соединена с группой выходов блока определения участка аппроксимации, З 5 последний выход которого подключен к соответствующему входу сумматора, третья группа входов которого является второй группой входов преобразователя. 2, Преобразователь по п, 1, о т л ич а ю ш и й с я тем, что в нем многораэряд ный сумматор содержит резисторно-ключевую матрицу, две группы входов которой подключены соответственно к первой и второй группам входов (многоразрядного) сумматора, а группа выходов резисторно-ключевой матрицы через управляемые ключи соединена с входом инвертора и первым входом двух- позиционного ключа, второивход которого подключен через масштабный резистор к выходу инвертора, а выход двухпозиционного ключа соединен с соответствующим входом многоразрядного сумматора и входом выходного усилителя.3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю ш и й с ятем, что в нем блок определения участка аппроксимации содержит резисторную матрицу, горизонтальные шины которой соединены группой входов блока, вертикальные шины разделены на две группы, шины первой из которых через ключи соеди нены с первым выводом масштабного резис тора, второй вывод которого подключен ко второму выходу блока, каждая вертикальная шина второй группы через соответствующие последовательно соединенные операционный усилитель, управляемый ключ, КС- фильтр и логический элемент подключена к соот ветствующему выходу блока, управляющие входы управляемых ключей подключены к соответствующему входу блока. Источники информации, принятые во внимание йри экспертизе:1, Сучилин А, М, Основы вычислительной техники, Энергия, М., 1964.2. Авторское свидетельство % 404096, кл. О. 067/26, 1970, В Р 2 О585506 ф 1 фаж 818 ССС митета Совета Министтений и открытий нская наб., д. 4/5 венного к ам иэобре -35, Рау по1 оск 35 иал ППП Патент, г, ужгород, ул. Проек Составитель О. СахаровРедактор Н. Хлудова Техред: Н. Лндрейчук Корректор С. ЯмаловаЗакаэ 5050/40 тир ПодписноеБНИИПИ Государст о ров Р