Цифровой преобразователь координат

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик. Социалистическик Республик оц 742944(51) М. Кл.2 006 Р 15/20 Государственный комитет СССР но делам изобретений(541 ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КООРДИНАТ Изобретение относится к вычислительной технике и предназначенодля воспроизведения по известным кодам полярных координат ( Ч, 1) измеряемой величины кодов ее прямоугольных координат(Х,) и наоборот.Известны устройства для преобразования координат аналоговые или гибридные 1 . 1 ОИзвестные цифровые устройства имеют недостаточные функциональные воэможности.Из известных устройств наиболееблизким по технической сущности кизобретению является цифровой преобразователь координат 2,Преобразователь содержит два счет"чика кодов прямоугольных координат,схему переноса, реверсивный счетчик,блок управления,. первый ключ, генератор импульсов, шифратор дискретныхзначений функций (51 п (о 1) и (СОВ(ь),реверсивный счетчик фазы, второй итретий ключи, цифровой компаратор, 25раэличитель квадратов, датчик поляр"ной координаты Ч, датчик полярнойкоординаты 2 датчик прямоугольной координаты у идатчик прямоугольной координаты х. Работает преобразователь в двух режимах.В режиме преобразования полярных координат ( ф, д) в прямоугольные координаты (Ч, х) и в режиме преобразования прямоугольных координат (,х) в полярные координаты (Ч 1).Функционирование преобразователя в обоих режимах основано на решении системы уравненийЪ =з 1 т 1 т(х = 7 сов%В первом режийе - неизвестные хт и у - преобразователь непосредственно решает одновременно оба уравнения системы (1), преобразованной в систему уравнений1 э 1 = 7 / з(п у(х 1 = Е 1 С 05%путем преобразования кода ,А в числоимпульсный (унитарный) код (ЧИК)Х. поступающий на оба множительных блока, на выходе первого иэ которых вырабатывается код ЧИК (Ч), а на выходе второго - код ЧИК (х). Импульсы ЧИКи ЧИК (х) подсчитываются соответственно счетчиками (у) и (х)в=2 Во втором (основном) режиме работы реаение системы уравнений (1) - неизаестные Ч н Х - производится путем лоиска такого угла Ь = Ч,при которомОЧИМр+( 1 соз(;,э=- (3)Однако в этом режиме преобразователь имеет, низкое быстродействие, обусловленное низким коэффициентом иапользования оборудования (счетчики Функционируют только как регистры,а,множительные блоки работают. последовательно), а также тем, что решение системы уравнений (1) основанона поиске максимума левой части выраркения (3),. Действительно, анализ работы преобразователя показывает, что дажепри применении в нем для нахожденйя угла принципов алгоритма поразрядного кодирования максимальнаядлительность цикла преобразователя(1+1) - разрядных прямых кодов у и хв (,И+2) - разрядный коди п-разрядный код 2. имеет значительнуювеличину, т.к,Т й си Ьг Ф (4) гдф Тцрх - длительность цикла преобразования прототипа,а=2 - коэффициент, обусловленный,математическим алгоритмом работы преобраэователя, основанном на выраже нии (3);- обусловлен низким коэфФициентом использования оборудования,"- период повторения импульсов генератора;- длительность времени восРпроизведения шифратором функций(МмЬ) и (сор )Цель изобретения - повьюениа быстродействия преобразователя.Для достижения поставленной цели цифровой преобразователь координат,содержащий первый и второй резисторыпрямоугольных координат, постоянныйэаПоминающий блок тригонометрическихкоЭффициентов, блок управления и генератор импульсов, вход которогоподключен к первому входу блока управления введены три сумматора, коммутатор кодов , умножитель блок поразрядного кодирования, причем входы первого сумматора подключеиы и выходам двух старших разрядовпервого регистра полярных координатов, входы второго сумматора - квыходам знаковых разрядов первогои второго регистров прямоугольныхкоОрдинат, входы третьего сумматора -к Эыходу старшего разряда блока поразрядного кодирования, выходы всех,кроме старшего, раърядов первогорегистра. полярных координат подклю-исЧны и первой группевходов коммута 5 (О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тора кодов, вторая группа входов которого соединена с выходом второго сумматора и с выходами блока поразрядного кодирования, а выходы подключены ко входам постоянного запоминающего блока тригонометрических коэффициентов, первая и вторая группа выходов которого соединена соответственно с первой и второй группой входов умножителя, третья группа входов которого подключена к выходам второго регистра полярных координат, первый и второй импульсные выходы которого подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков прямоугольных координат, разрядные входы которых подключены к выходам первого и второго регистров прямоугольных координат соответственно, второй вход блока управления подключен к входу запуска преобразователя, третий вход блока управления соединен с входом признака режима преобразователя и с управляющим входом коммутатора кодов, четвертый вход - с выходом старшего разряда коммутатора кодов, пятый и шестой входы блока управления соединены с выходами переполнения первого и второго счетчиков прямоугольных координат,соответственно, седьмой вход - с выходом третьего сумматора, восьмой вход - с управляющим выходом блока поразрядного кодирования, девятый вход блока управления подключен к выходу переполнения умножителя, тактовый вход которого соединен с первым выходом блока управления, вход записи умножителя соединен со входом установки нуля счетчиков прямоугольных координат и со вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен со входом установки нуля умножителя и входами записи счетчиков прямоугольных координат, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления подключены соответственно к первому, второму и третьему установочным входам блока поразрядного кодирования, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к седьмому и восьмому выходам блока управления.На чертеже приведена структурная схема цифрового преобразователя координат. Цифровой преобразователь координат содержит регистр 1 12-разрядного кода координаты 9 ;регистр 2 10-разрядного кода координаты регистр 3 11-разрядного прямого кода координаты Ч и регистр 4 11-разрядного прямого кода координаты Х,счетчик 5 координаты Ч, подключенный информационными входами к выходам кода Ъ регистра 3, счетчик 6 координаты х подключенный разрядными входами к выходаМ кода (Х) регистра 4, блок 7 поразрядного кодирования, 5 742944"умматор 8, подключенный к выходам двух старших разрядов регистра 1, сумматор 9, подключенный к выходам знаковых разрядов регистров 3 и 4, сумматора 10, у которого первый вход соединен с выходом сумматора 9, авторой в с выходом старшего разряда блока 7 поразрядного кодирования, коммутатор 11 кодов, постоянный за- поминающий блок 12 тригонометрических коэффициентов, запрограммирован- щ ный на воспроизведение синуса и косинуса и подключенный через коммутатор 11 кодов к выходам 11-ти младших разрядов регистра 1 и к выходу сумматора 9 и информационным выходам блока поразрядного кодирования 7,двухканальный умножнтель 13, у которого информационные входы соединены с выходами регистра 2, числовые входы первого и числовые входы второго каналов подключены соответственно к 20 выходам синуса и к выходам косинуса постоянного запоминающего блока 12, а выход первого И выход второго каналов подключены соответственно к суммирующему входу счетчика 5 и к 25 суммирующему входу счетчика 6, генератор 14 импульсов, блок 15 управления, вход 16, подключенный к входу запуска блока 15 управления и вход 17 признака режима, подключенный к 30 управляющему входу коммутатора 11 кодов и к одному иэ управляющих входов блока 15 управления, другой управляющий вход которого соединен с выходом 11-го разряда коммутатора 11 3 кодов, при этом у блока 15 управления выход 18 соединен с входами установки в нуль счетчиков 5 и 6 и со входом записи умножителя 13, выход 19 - с входами записи счетчиков 5 и 6 и. входом установки в нуль умножителя 13, выход 20 - с первым установочным входом блока 7 поразрядного кодирования,два других установочных входа которого подключены к выходам 21 и 22 блока 15 управления, у которого выход 23 импульса ( Ч 7 ) и выход 24 импульса (МЬ подключены к информационным входам блока 7 поразрядного кодированияпричем у блока 15 управления вход 25 соединен с выходом признака переполнения счетчика 5, вход 26 - с выходом признака переполнения счетчика б,вход 27 - с выходом сумматора 10,вход 28 - с выходом признака 11-го такта вычис-ленни блока 7 поразрядного кодирования,а вход 29 подключен к выходу признака переполнения умножителя 13,тактовый вход которого соединен через блок 15 управления с выходом генератора 60 14 импульсов. Преобразователь выполнен на элеентной базе, триггеры которойпереключаются в моменты после окон чания импульсов на их синхронизирующнх входах.Регистры 1-4 представляют собойобычные регйстры, прием информациив которые разрешается только послеокончания цикла преобразования.Счетчики 5 и 6 выполнены как обычные счетчики, имеющие разрядныевходы записи в них начальных условий.Блок 7 поразрядного кодированиясодержит 11-тактовый распределительимпульсов, схему управления поразрядным кодированием и 10-разрядный регистр. Распределитель импульсов синхронизирует работу схемы управленияпоразрядным кодированием, котораяпо импульсу ( 97) или по импульсу(Чс ф,) осуществляет соответствующимобразом переключение триггеров регистра.Каждый нз сумматоров 8-10 реализует операцию суммирования по модулюдва двух логических переменных.Двухканальный умножитель 13 представляет собой множительный блок,реализующий одновременное умножениепараллельного кода первого числа(кода/мну/ ) и параллельного .кодавторого числа (кода /соэ/) на общий меняющийся сомножитель гЩпредставленный на тактовом входеумножителя 13, числоимпульсным кодом.На выходам умножителя 13 первоеи второе произведения представленыв числоимпульсных кодах.При этом умножитель 13 содержит10-разрядный счетчик - регистр с параллельным переносом,.имеющий информационные входы для записи на негообратного кода общего Фиксированного сомножителя т.и две 10-разрядные схемы двоичных умножителей (двесхемы поразрядного умножения со схемами "или). Работой двоичных умножителей управляет счетчик,Преобразователь работает в режимевычисления прямоугольных координати хпо известным полярным координатам Ч и т. и в режиме вычисления полярных координат Ч ипо известным прямоугольным координатам Ч и х.Математический алгоритм работыпреобразователя в каждом иэ режимовоснован на решении системы уравнений (1), и в каждом иэ режимов преобразователь работает циклически.Рассмотрим первый режим работыпреобразователя.В этом режиме преобразователь по12-разрядному коду координаты Ч0" Ч Я;(4-2 д 3 регистра 1 и 10 разрядному коду, нормированной координаты г ( Об 1 с( 2- ) регистра 2вырабатывает прямые 11-разрядныекоды нормированных координат М и х,у которых 11-е разряды - знаковые, 742944так как 12-й и 11-й разряды регистра1 имеют соответственно веса 16 ицЯ,товыход 12-го разряда регистра 1 является выходом с преобразователя знакового разряда координаты у, а знакоФый разряд координаты х определяется сумматором 8 как сумма по модулюдва логических значений 12-го и 11-го)разрядов регистра 1.Первый режим работы преобразователя разрешается подачей на его вход17 управляющего сигнала логического"О,", которым соответстнующим образомактивизируется блок 15 управления иПроизводится подключение через комМутатор 11 кодов на входы постоянного запоминающего блока 12 выходов11-ти младших разрядов кода Ч регистра 1.цикл вычисления у и х начинается с приходом на вход 16 преобразователя импульса, по которому блок 2015 управления устанавливает в нульсчетчики 5 и 6 и производит записьобратного кода координатыс регистра 2 в умножитель 13.После этого от генератора 14 импульсов через блок 15 управления начйнают поступать импульсы на тактовый вход умножителя 13, на числовыевХоды первого и числовые входы второго каналов которого с выходом блока 12 подается соответственно 10-разрядный код (5 юЧ) и 10-разрядныйкОд (соэМ)По этим сигналам на выходе первого и выходе второго каналов умножителя 13 вырабатывается 35соотнетственно числоимпульсный кодкбординаты /у/ ( ЧИК /у /) и числоимпульсный код координаты / х/(ЧИК /х/),Импульсы ЧИК /ч/ подсчитываютсясчетчиком 5, а импульсы ЧИК / Х/счетчиком 6.Этот процесс продолжается до момента возникновения на выходе умножителя 13 признака переполнения, 45поступающего на один из входов блока15 управления. По этому признакублок 15 управления запрещает прохождение на тактовый вход умножителя13 импульсов генератора 14, а поочередному его импульсу вырабатываетимпульс конца преобразования (ИКП) 1,по которому с выходов преобразовате.ля могут быть сняты 11-разрядныекоды уи х.55На этом цикл вычислений заканчивается, а следующий цикл начнетсятолько с приходом на вход 16 преобразователя очередного старт-импульса.Рассмотрим второй - основной режим работы преобразователя. 60В этом режиме преобразователь по11-разрядному коду нормированныхкоординат Ч и х 0- /у(или /Х/)1-2 .)регистров 3 и 4, вырабатывает 12 разрядный код координаты ЧГОЧ 27 Ц 1-2 )1 65 и 10-разрядный код нормированнойкоординаты 7Старшие 11-е разряды регистров 3 и 4 - знаковые. Поэтому 12-й разряд кода Ч совпадает с 11-м разрядом кода разрядом 3, а 11-й разряд ко,ца Ч вырабатывается сумматором 9 как сумма по модулю 2 логических значений знаковых разрядон регистров 3 и 4, 10 остальных разрядов кода Ч определяются за 10 или менее тактов поразрядного кодирования. На каждом такте происходит формирование методом цифрового интегрирования ЧИК Х (Ми(ъ) и ЧИК где- номер такта вычисления, и сравнение моментов времени 1и 1 таких, чтоь(ч ) э 1 пй 1=ус (Ф, ) созе=1 х,(5) При этом оченидно, что при 1 =1= Ч а (Оч)=2(1 х) = . - искомыеполярные координатй,Второй режим разрешается подачейна вход 17 преобразователя управляющего сигнала логической "1", которымсоответствующим образом активизируется блок 15 управления и производится подключение через коммутатор11 кодон на входы блока 12 выходасумматора 9 и 10-ти информационныхвыходов блока 7 поразрядного кодирования,С приходом на вход 16 преобразователя старт-импульса с выхода 19блока 15 управления производитсяустановка в нуль умножителя 13 изапись в счетчики 5 и 6 соответственно обратного кода у с регистра3 и обратного кода Х с регистра 4,При этом если у =х=О, то на выходах счетчика 5 и счетчика 6 одновременно вырабатываются признаки переполнения, которые поступают на входы25 и 26 блока 15 управления.Блок 15 управления по этим сигналам и по старт-импульсу вырабатывает на выходе 20 импульс установкирегистра числа блока поразрядногокодирования 7 в состоянии "1000000000"и генерирует импульс конца преобразования (ИКП) 2; если у =О, ХФО(при уО, Х=О описываемые процессыаналогичны, только меняется порядоквыработки некоторых сигналов), тоблок 15 управления по сигналу признака переполнения счетчика 5 истарт-импульсу генерирует при Чн =0импульс навыходе 21, а при Т =1импульс на выходе 22 ( 9 -разрядный коэффициент 11-го разряда кодаЧ). При этом по импульсу с ныхода 21(или 22) блока 15 управления в блоке 7 поразрядного кодирования регистр числа устанавливается в состояние "0000000000 ф (или состояние"1111111111", а распределитель импульсов - в состояние 11-го тактавычислений.Через некоторое время 1 ф, требуемое блока 12 для воспроизведениякодов /51 иЧ / и /сОзР/, блок 15 управления начинает пропускать на тактовый вход умножителя 13 импульсыгенератора 14. В результате этогона выходе второго канала умножителя.;13 вырабатываются импульсы ЧИК /Х/ 10которые подсчитываются счетчиком б.Как только на выходе счетчика бвырабатывается признак переполнения,то блок 15 управления запрещает прохождение на тактовый вход умножителя 13 импульсов генератора 14, апо очередному импульсу генератора;14, признаку переполнения счетчикаб и признаку 11-го такта, вырабатываемому на выходе 28 блока поразрядного кодирования 7 генерирует импульс ИКП 2.Таким образом, после окончания вычислений с информационных выходовпреобразователя 13 будет сниматьсякод 2 =/Х/, если Ч Ф О и ХФО, то25счетчики 5 и б признаков переполнения не вырабатывают, а блок управления 15 на выходе 20 вырабатывает импульс, устанавливающий в блоке поразрядного кодирования 7 регистр числав состоянии ф 1000000000",а распределитель импульсов в состояние первоготакта вычислений,Через время 1 фу,требуемое блоку12 для воспроизведения кодов /81 и / 35и /Со 5/, блок 15 управления начинает пропускать на тактовый вход умножителя 13 импульсы генератора 14.Поэтому умножитель 13 на выходе первого канала вырабатывает числоимпуль Осный код ЧИКЮ/и 3, на выходевторого канала - ЧИК М 4-) соэ1Импульсы ЧИК Ю 5 и подсчитываютсясчетчиком 5, в который по старт-импульсу был записан обратный код /У/,а импульсы ЧИК хйСОЪЪ, подсчитываются счетчиком б, в который постарт-импульсу был записан обратныйкод /Х/.В результате этого если /У/=/Х/,то так как /зЮ/=/созе/, на выходах счетчиков 5 и б сигналы признаков переполнения вырабатйваются одновременно. По этим сигналам блок 15управления затратит прохождение натактовый вход умножителя 13 импульсовгенератора 14, а по очередному импульсу генератора 14 и признакам переполнения счетчиков - 5 и б вырабатываетимпульс ИКП 2, если /у/ 7/Х/ (или/Ч/ С/Х/), то первым вырабатывается 60признак переполнения на выходе счетчика б (или на выходе счетчика 5) .По этому признаку блок 15 управлениязапретит прохождение на тактовый входумиожителя 13 импульсов генератора 65 14, и по очередному импульсу генератора 14 выработает на выходе 19 импульс, по которому производится установка в нуль умножителя 13 и запись в счетчики 5 и б соответственно обратного кода /Ч/ с регистра 3 и обратного кода /Х/ с регистра 4, а гакже выработает на выходе 23 импульс 97 упри Ч=0 и на выходе 24 ЧЬ 3 при Ч =1 (или наоборот, если /У/ /Х/), который поступает на соответствующий вход блока поразрядного кодирования 7, в котором в регистре числа установится код, соответствующий углу Ъ . После окончания импульса на выходе 23 и 24 блока 15 управления в блоке 7 поразрядного кодирования распределитель импульсов установится в состояние 2-го такта вычисления. Через время +фу, требуемое блоку 12 для воспроизведения кодов /51 н/ и /соз/, блок 15 управления снова начинает пропускать на тактовый вход умножителя 13 импульсы генератора 14 и т.д. Если в очередном -ом такте вычисления (1 =2,3, 10) одновременно вырабатываются признаки переполнения счетчиков 5 и 6 то по этим сигналам блок 15 управлвния запретит прохождение на тактовый вход умножителя 13 импульсов генератора 14 выработает сигнал ИКП 2. Если ни в одном из этих тактов признаки переполнения счетчиков 5 и б одновременно не выработаются,то после этого блок поразрядного кодирования 7 выработает признак 11-го такта вычисления, который с его выхода поступит на вход 28 блока 15 управления. В 11-м такте вычисления на тактовый вход умножителя 13 поступит очередная серия импульсов генератора 14Причем в этом такте, вычисления импульсы генератора 14 будут поступать на умножитель 13 до тех пор, пока не выработается признак переполнения счетчика 5 (или счетчика- регистра 6), так как при /ч/ Ъ /Х/ (или /У/ (/Х/ сумматором 10 вырабатывается признак /Ч/ Ъ /Х/ ( или / у / /х/), который с выхода сумматора 10 поступает на вход 27 блока 15 управления. Поэтому в 11-м такте вычислений по признаку переполнения 5 при /ч/ /Х/ (или счетчика б при /Ч//Х/) и очередному импульсу генератора 14 блок 15 управления вырабатывает сигнал ИКП 2, по которому может производиться съем с преобразователя кодовЧ и .ъ:. На этом цикл вычислений заканчивается, а следующий цикл начнется с приходом на вход 16 преобразователя очередного старт-импульса.Заметим, что окончание 11-го такта по признаку переполнения счетчика, в который ранее был записан обрат 742944 12Цифровой преобразователь координат, содержащий первый и второй регистры прямоугольных координат,первый и второй регистры полярнык координат, первый и второй счетчики пръюугольных координат, постоянный запоминающий блок тригонометрических коэффициентов, блок управления и генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу блОка управления, о т л и ч а ющ И й с я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, он содержит три сумматора, коМмутатор кодов, умножитель,блок поразрядного кодирования, причем входы первого сумматора подключены к выходам двух. старших разрядов первого регистра полярных координат, входы второго сумматора - к выходам знаковых разрядов первого и Второго регистров прямоугольных координат, входы третьего сумматора - к выходу второго сумматора н Эыходу старшего разряда блока 55 нем кодом больший иэ модулей // или /Х/, сделано с целью уменьшения относительной ошибки вычисления координаты Х, Дело в том, что еслиФ 1 то вычисление координаты т основывается на выполнении лишь 5 одного из равенства системы (5), а абсолютные ошибки д Ч =ах и д Мо Ч = В сов 9.Максимальная длительность цикла преобразования ( й +1 ) - разрядных кодов х ич в (в+2) - разрядный код М и п - разрядный код 2 будет при Ч Щ (до 1)12%2,где к = , О, 1 1, + 2, а длительность цикла преобразования определяется выраже нйемТц, Ь 1)У 4;1 (6) где 1 - период повторения импульсов генератора 14;- время, требуемое блоку 12 20для воспроизведения функции синуса и косинуса.Сравнивая выражения (4) и (6) по.лучим:О,.Гц.пр. 2 25 Положительный эффект изобретения эаклочается в том,. что данный преобразователь имеет более высокое быстродействие по сравнению с известным (тем более, что оценка (7 получена ЗО с учетом возможности применения в прототипе поразрядного кодирования, существенно повышающих его быстродействия).Применение изобретения позволит повысить скорость обработки информаПии.Формула изобретения поразрядного кодирования, выходывсех, кроме старшего, разрядовпервого регистра полярных координат подключены к первой группевходов коммутатора кодов, втораягруппа входов которого соединена свыходом второго сумматора и с выходами блока поразрядного кодирования, а выходы подключены ковходам, постоянного запоминающегоблока тригонометрических коэффициентов, первая и вторая группа выходовкоторого соединена соответственнос первой и второй группой входовумножителя, третья группа входов которого подключена к выходам второгорегистра полярных координат, первыйи второй импульсные выходы которогоподключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиковпрямоугольных координат, разрядныевходы которых подключены к выходампервого и второго регистров прямоугольных координат соответственно,второй вход блока управления подключен к входу запуска преобразователя,третий вход блока управления соединен с входом признака режима преобразователя и с управляющим входомкоммутатора кодов, четвертый входс выходом старшего разряда коммутатора кодов, пятый и шестой входы блока управления соединены с выходамипереполнения первого и второго счетчиков прямоугольных координат соответственно, седьмой вход - с выходом третьего сумматора, восьмойвход - с управляющим выходом блокапоразрядного кодирования, девятыйвход блока управления подключен квыходу переполнения умножителя,тактовый вход которого соединен с первым выходом блока управления, входзаписи умножителя соединен со входами установки нуля счетчиков прямоугольных координат и со вторым выходом блока управления, третий выходкоторого соединен со входом установки нуля умножителя и входами записисчетчиков прямоугольных координат,четвертый, пятый и шестой выходыблока управления подключены соответственно к первому, второ.у нтретьему установочным входам блокапоразрядного кодирования, первый ивторой информационные входы которогоподключены соответственно к седьмому и восьмому выходам блока управления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 395187,кл, 235-186, 1976.2, Авторское свидетельство СССРМ 453690, кл. 606 Г 7/38, 1972742944 оставитель В. Береэкинехред М, Петко Корректор Н. Стец Редакто селе акаэ Зб 19/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ЦНИИ по 13035 уТираж 751 Государст елам изобр сква, ЖПодписноеенного комитета СССРтений н открытийРаушская наб., д. 4/5