Цифровой функциональный преобразователь

Сотоз СоввтсимзСоцмапмстмчвсимкРвспттбпми ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 955082(53)М, Кл,С 06 Г 15/31 6 06 Г 7/548 Ьсударствакны 1 комитвт СССР аф дмам изобретений и аткрытий(54) ЦИФРОВОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2 .е 1Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в устройствах цифрового автоматицеского управления, в тригонометрических и навигационнных5 вычислителях, при аппаратном вычислении элементарных Функций в ЦВМ и др.Известно устройство 1, основанное на итерационных методах "цифра за цифрой", недостатком которого является методическая погрешность от деформации вектора, в результате че го нарушается сходимость алгоритма, например, при вычислении некоторых обратных тригонометрических функций. Для устранения указанных погрешностей необходимо значительно усложнить структуру устройства, при этом уменьшается его надежность, быстродейст о вие и функциональные возможности,Наиболее близким техническим решением к данному является устройство для преобразования прямоугольных координат в полярные, содержащее блок памяти синуса и косинуса, блок умножения, регистры, сумматор-вычитатель, коммутаторы кодов, адресный счетчик, а также триггеры и логические элементы для управления уст ройством,Преобразователь основан на использовании таблично-алгоритмического метода, достоинством которого является высокое быстродейстоие 21.Недостатком устройства является отсутствие возможности непосредственного вычисления таких функций, как агсз 1 п т/у, агсоз )/у и других. Кроме того, устройство характеризуется значительным объемом памяти для полной таблицы значений синуса и косинуса, составляющим при десяти разрядах десять тысяч бит для каждой Функции.Цель изобретения - расширение класса решаемйх задач за счет дополнительного вычисления функций вида агсз 1 п "/у и агссоз /.9550Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь содержащийблок управления, промежуточный регистр, регистр координаты Х, регистркоординаты У, блок умножения, коммутатор, блок памяти, регистр адреса,сумматор-вычитатель и регистр угла,прицем выход регистра адреса соединен с входом блока памяти, дополнительно введена схема сравнения, причем блок управления содержит коммутатор, генератор пачки импульсов иэлемент И, прямой и инверсный входыкоторого соединены соответственно свыходами коммутатора и генератора ; 15пачки импульсов, выход генераторапачки импульсов блока управления соединен с синхровходами промежуточногорегистра коммутатора, входами сдвига, регистра адреса, регистра углаи управляющим входом сумматора-вычитателя, выход элемента И блокауправления соединен с синхровходамирегистров координаты Х и координатыУ и последовательным информационнымвходом регистра угла, параллельныйинформационный вход которого соеди,нен с входом записи преобразователя, выходы регистров угла соединены свыходом угла преобразователя, выходразрядов сумматора-выцитателщ соединен с первым входом схемы сравнения,второй вход которой соединен с вхо"дом задания аргумента координатыпреобразователя, выход схемы сравнения соединен с первым входом коммутатора блока управления, второй .и третий входы которого соединенысоответственно с выходом старшегоразряда регистра угла и знаковым вы.4 Оходом сумматора-выцитателя, информационный вход промежуточного регистра соединен с выходом разрядовсумматора-вычитателя и информационным входом регистра координаты Х, вход записи которого соединен с входом координаты Х преобразователя, вход координаты У которого соединенвходом записи регистра координатыУ, информационный вход которого соединен с выходом промежуточного регистра, выходы регистров координаты Х и У соединены с первым и вторым входами блока умножения, второй и третий входы которого соединены свыходами коммутатора, вход которого Б через блок памяти соединен с выходом регистра адреса, выход блока умножения соединен с входами сумматора 2 4вычитателя, выход знакового разряда которого соединен с выходом преобразователя.На фиг, 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 соответственно блок-схема и временные диаграммы работы блока управления.Устройство содержит промежуточный регистр 1, регистр 2, координаты,Х,регистр 3 координаты У,регистр адреса, регистр 5 угла, блок 6 памяти, коммутатор 7, блок умножения 8, сумматор-вычитатель 9, блок 10 управления, схему 11 сравнения, входы 12 и 13, выходы 14, выходы 15 и 16 блока управления, входы 17-19 блока управления, вход 20 схемы сравнения, выходы 21 и 22 преобразователя.Блок управления содержит элемент И 23, коммутатор 24 и генератор 25 пачек импульсов.Процесс воспроизведения функциональных зависимостей основан на использовании поворота вектора в прямоугольной системе координат, при этом можно получить широкий к,пасс тригонометрических функций одной и двух переменныхс Х( = Хсоз 8 + Уд 5 1 п 8У= Усоз 8 - Хз 1 п 9 (1)Подбор угла 8 осуществляется путем последовательных поворотов на некоторые фиксированные базисные углы , удовлетворяющих условиям:(о ="/4 = Зо 2,, Р=(3 о 2 у где и - заданная разрядность, и для каждого 1-го шага или поворота ис" пользуется какое-то одно значение 1= ь 8 . Оцередное прибликение ис-,. комого угла равно8=8=Егде- знак поворота, который может принимать значения 0 или 1 и вырабатывается в зависимости от типа воспроизводимых функций на знаковом выходе 21 или на выходе 22 старшего разряда регистра 5 угла либо на выходе схемы 11 сравнения,Ниже приводится описание работы устройства для представления чисел с фиксированной запятой перед старшим разрядом, т,е. для чисел по модулю меньше единицы, Перед началом работь задается режим работы и начальное состояние блоков устройства согласно таблице.955082 Воспроизводимые функции Состояниевходов Состояниевыходовблока управления Начальное и конечное состояния регистров устройства остояниеходов блоа управлеия 16 12 13 20 17 18 19 началько ко- нечконеч- нача" не льное ное ное но ное 51 п ос,сом 0 51 пи ж О 0 О О СО 5 Ос Ф =асС "/1 у о =агс 5 и "/у: ;а 1 Х О ск,о р М =аасссаЯ,(а Х У О ж о.=а гс йдХ а:ю Го = агс 51 пЕ 1 сова 0 Ыпм О о О 0 О оь Х о О Х = Х со 5041У 51 по Х о О- Х 51 по О При вычислении паы функций оь =агсСд "у и= Х Ф У т,е. в режиме построения полярного вектора по известным декартовым координатам Х о и Уо, перед началом работы регистры 1, 1 и 5, и сумматор-вычитатель 9 устанавливаются в нулевое состояние, Ко- фф ординаты Хо и Уо с входа 12 записываются соответственно в регистры 3 и 2, координат Х и У. С выхода 15 Х =агссо 52 Х = со 5 юГ 51 П Ос блока 10 управления подается тактовый импульс с, который своим передним фронтом устанавливает регистр 4адреса в состояние 0.1000, соответствующее значению Р/Ь, а также производит установку сумматора-вычитателя 9 в режим суммирования. Бло",ком 6 памяти, запрограммированным насистему базисных функций углов , авырабатываются значения 51 пр и со 5 р, 7 95508поступающие через коммутатор 7 кодов на соответствующие входы блока8 умножения для перемножения со значениями координат Хо и У . Полученные произведения Х совр, и Уозпо 5суммируются в сумматоре-вычитателе 9,т.е. полуцаем приближение Х системы уравнений (1 .Полученное значение Х, записывается в накапливающий регистр, 1, по 1 Озаднему фронту тактового импульсас выхода 15, по которому также производится переключение коммутатора7 кодов выходов синуса и косинусаблока 6 памяти и установка сумматора-вычитателя 9 в режим вычитания.Блоком 8 умножения вырабатываются произведения вида Х,ь 1 пи У созРо,которые подаются на входы сумматора-выцитателя 9,выполняющего операцию вычитания, 2 Ов результате которого получаем первоеприближение У системы уравнений 1,С выхода 21 знакового разряда сумматора-вычитателя 9, т,е. в зависимости от знака У формируется сигнал, у 5поступающий на вход 18 блока 10 управления.Если величина У положительная, тона выходе 16 блока 10 управления появляется тактовый импульс с, который разрешает запись Х 1, из нЕкапливающего регистра 1 в регистр 3 координаты Х, запись У в регистр 2 координаты У, а также запись единицы вмладший разряд регистра 5 угла. Если3величина У отрицательная, то в регистрах 2 и 3, координат Х и У сохраняется информация ХО и Уо, а в младший разряд регистра 5 угла заносится ноль, т.е. производится пропуско 4 Орезультата такта для угла=ч 5 , таккак искомый угол Ы меньше по крайнеймере 5 град,При поступлении следующего тактового импульсас выхода 15 еголпередним фронтом производится сдвиг4содержимого регистра 4 адреса.на одинразряд вправо, т.е. в состояние,0.010 О, что соответствует 3, д/8,сумматор-вычитатель 9 устанавлйваетсяв режим суммирования, каналь 1 синуса и Окосинуса коммутатором 7 переклюцаются в исходное положение, а содержимое регистра 5 угла продвигается наодин разряд влево для приема очереднойцифры искомого угла. В дальнейшеЪ ъ 5вычислительный процесс продолжаетсясогласно описанному выше до наборазаданного циспа итераций, которое 2 8определяется заданной точностью и вконкретном устройстве постоянно. В результате чего в накапливающем регистре 1 получаем модуль полярноговектора., а в регистре 5 угла полярный уголПри вычислении пары функций зпсси солж устройство работает аналогицно. вышеописанному, Разница состоит втом, что в регистры 2 и 3 координатХ и У вводятся соответственно Уо =1и ХО =О, что ссответствует нацальнымусловиям сов 90 и зи 90 . Код аргуомента с через вход 13 вводится в регистр 5 угла. Сдвигая содержимое регистра 5 угла, каждый разряд кода аргумента последовательно выводится, начиная со старшего разряда, черезвыход 22 регистра 5 угла на вход 17блока 10 управления. Если на выходе 22 имеется единица, то на выходе 16 блока 10 управления появляется тактовый имупльс ь 2, который раз"решает запись вычисленных Х из накапливающего регистра 1 и У, в регистры 2 и 3 координат Х,У. Если навыходе 22 имеется ноль, то в регистрах 2 и 3 координат Х и У сохраняются результаты предыдщуей итерацииХи У . Результат з 1 пК и созя 6получаем в регистрах 2 и 3 координат Х и У,При вычислении пары функций ОС ==апсе 1 п/ и У:"р-Ротпииие а работеот вышеописанного состоит в том,что согласно таблице, на информационные входы схемы 11 сравнения подается церез вход 20 код известной координаты Х, в регистр 3 координаты У вводится код извесТногомодуля радиуса-вектора р , регистр5 угла устанавливается в нулевое состояние. На каждом шаге вычис.пенийпроизводится выдача сигнала с выхода схемы 11 сравнения на вход 19блока 10 управления. Если Х ) Х, то1на выходе схемы 11 сравнения ,устанавливается единица, и на выходе 16блока управления появляется тактовый импульс , который разрешает запись Хи У в регистры 2 и 3, а также производится запись единицы вмладший разряд регистра 5 угла . ЕслиХХ , то на выходе схемы 11 сравнения устанавливается ноль и в регистрах 2 и 3 сохраняются значенияХи У, , а в младший разряд регистра 5 угла заносится ноль, Воспроизведение других функциональных заформула изобретения 9 95508висимостей осуществляется согласнотаблице с учетомзаданного режимаработы,Эффективность предлагаемого цифрового функционального преобразователя заключается в расширении класса решаемых задач за счет увеличения числа воспроизведений функцийодной и двух переменных, приведенных в таблице. Кроме того; возможно 1 ов несколько раз по сравнению с прототипом уменьшить объем дорогостояих блоков памяти, так как блок памяти прототипа содержит значенияФункций синуса и косинуса с дискретностью по аргументу 0,352 о, что дляинтервала. 0+90), составляет 282 Йбит, Для такой жв тоцности предлагаемому устройству необходимы неболее десяти 10-разрядных слоев синуса и столько же для косинуса, итого не более 200 бит. Таким образом,объем блоков памяти уменьшается почти в двадцать раз. Цифровой функциональный преобразователь, содержащий блок управления,30 промежуточный регистр, регистр координаты Х, регистр координаты У, блок умножения, коммутатор, блок памяти, регистр адреса, сумматор-выцитатель и регистр угла, причем выход регистра адреса соединен с входом бло% ка памяти, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что, с. целью расширения класса решаемых задач путем дополнительного вычисления функций вида агс 5 и /и агсоз х, в него введена схема срав- фв нения, причем блок управления содержит коммутатор, генератор пачки импульсов и элемент И, прямой и инверсный входы которого соединены сост" ветственно с выходами коммутатора и 4 генератора пачки импульсов, выход генератора пачки импульсов блока уп" равления соединен с синхровходами промежуточного регистра коммутатора,2 10входами сдвига регистра адреса, регистра угла и управляющим входом сумматора-вычитателя, выход элемента Иблока управления соединен с синхровходами регистров координаты Х и координаты У и последовательным ин"формационным входом регистра угла,параллельный информационный вход которого соединен с входом записи преобразователя, выход регистра угласоединен. с выходом угла преобразователя, выход разрядов сумматора-вычитателя соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которойсоединен с входом задания аргументакоординаты преобразователя, выходсхемы сравнения соединен р первым входом коммутатора блока управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом старшего разряда регистра угла и знаковымвыходом сумматора-выцитателя, информа.ционный вход промежуточного регистрасоединен с выходом разрядов сумматора-вычитателя и информационным,.вхо дом регистра координаты Х, вход записи которого соединен с входом координаты Х преобразователя, вход координаты У которого соединен с входом записи регистра координаты У, информационный вход которого соединенс выходом промежуточного регистра, выходы регистров координаты Х и У соединены с первым и вторым входамиблока умножения, второй и третийвходы которого соединены с выходамикоммутатора, вход которого через блокпамяти соединен с,выходом регистраадреса, выход блока умножения сощичнен с входами сумматора-вычитателявыход знакового разряда которого сое"динен с выходом преобразователя,1.йИстоцники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРН 546890, кл. 6 06 Г 15/34 1977.2, Патент США М 3952187,кл, 235-186, опублик.1978 (прототип).Ъ. 4 Л илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,аказ 6439/55 ВНИИПИ Госу по делам 113035, МосСоставитель А. Зорин ко Техред И.Тепер аЕ Тираж 731 рственного комитета СС зобретений и открытий а, Ж, Раушская наб.