Устройство для интегрирования функций

(21) 3786205/24-2(22) 3.08,84 к Поче 50-летия видетельств 06 О 7/18, детельство06 С 7/18, ДЗИ И 11 ТЕГР ГОСУДАРСТВЕ+ЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 07.07.86. Бюл. У 25 (71) Кишиневский ордена "Зна та" завод счетных машин им, СССР(56) Авторское с о СССР М 822205, кл; О 1978.Авторское сви СССР У 1070570, кл. 0 982. (54) УСТРОЙСТВО РОВАНИЯ ФУНКЦИ 11(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, Принцип действия устройства основал на преобразовании входного аналогового сигнала в частоту следования импульсов с использованием промежуточного преобразования в цифровой код, накоп лепин числа импульсов на интервале интегрирования и суммировании полученного числа с кодом начального условия интегрирования, В процессе боты аналого-цифровой преобразоваль осуществляет ступенчатую аппро имацию аналогового сигнала с постоянным шагом квантования по уровню.На каждом уч:стке аппроксимации значение цифрового кода, поступающегона вход преобразователя код-частота,пропорционально амплитуде входногосигнала на границе участка, Импульсы с. выхода преобразователя код-частота накапливаются в реверсивнымсчетчике, Для уменьшения ошибки,обусловленной кусочно-ступенчатойаппроксимацией интегральной суммы,и повышения точности интегрирования,в устройство введены второй реверсивный счетчик, блок формированиязкана коррекции, два триггера, дешифраторы и логические элементы,что позволяет осуществить кусочно. -линейную коррекцию результата интегрирования, зависящую как от полярности входного сигнала, так и отзнака его изменения на участкахаппроксимации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к автоматике и вьдчислддтельддодд технике и предн а 3 д а" дено ддд 5 д Фо рми родд адддддд ддддфр овых и аналоговых сигналов, пропорциональных интегралу от входного аналогово го воздействия. Устройство можетна."дти применение в аналоговых и гибридных дзычислительных системах, а также дз специализированных устройствах обработки инФормацни. 1 ОЦелью изобретения является повыдпение точностиИа Фддг. 1 и 2 изображена блок-схема устройства для интегрирования Функгщдйд,Устройство содержит блок 1 ддьдделепддя модуля, инФормационньдй вход 2,здд;дд овдд.д дискриминатор 3, аналогоцддфровой преобразователь 4 следящеготипа, преобразователь 5 код-частота,первый реверснвный счетчик 6, вход7 начальной установки устройства,сумматор 8, первый дешиФратор 9 нуля,псрвь:й элемент И 11 И 10, первдддд трддггер 11, блок 12 зададддддд начальныхзддачеддндд, вход 13 запуска устройства,згдеь:сддт 14 задержки, первый элемент11 15, шину 16 ввода кода начальногоздиддедддддд, циФродзой вьдход 17 устройЗД 1ства, ддддФроаддапогодзьдйд преобразоватеддг18, знаковый разряд 19 циФрового выхода устройства, аналоговый выход 20устройства, блок 21 определения знака коррекцдддд, второй элемеддт И 22,второй элемент ИЛИ 23, второй 24 итретий 25 дешнфраторы нуля., второйрсворспвньдй счетчик 26, генератор 27опорной частоты, второй 28 и третий29 трддд геры,Лддаддого-цддФровой преобразовательследящего тддпа содержит цифроаналоговый преобразователь 30, реверспвный счетчик 31, циФровой выход 32ддреобразоваддддя, блок 33, инФормациоддддьддд вход 34, выхоц 35 разностного45сддгддд,дддд, компараторы 36 и 37, триг -гор 38, элемент 1 ШИ 39, выход 40чддсло импульсного кода приращения,установочньпд вход 41, прямой 42 иинверсный 43 выходы знака приращения.Блок 2 задания начальных значений содержит инФормационный вход 44,с п.рддого по четвертьддд выходы 45-Ад 8,генератор 49 импульсов, первый элемент И 50, первьддд управляющий вход51, компаратор 52, аналоговый вход53, второй элемент И 54, зддаковьдйд вход 55, триггер 56, второй и третий управляющие входы 57 и 58, регистр 59.Блок 21 определения знака коррекции содержит пердзый и второй элементы И 60 и 61, инвертор 62 и элемент 1 ШИ 63.ЦиФроаналоговьдй преобразователь 18 содержит переключатель 64 и однополярный циФроаналоговый преобразователь 65.Устройство работает следующим образом.В процессе работы с помощью аналого-цддроддого преобразователя 4 осуществляется студдедддатая аппроксимация аналогоддого сигнала с постоянным шагом квантования Д И, Прн этомна .-дд участке аппроксимации в счетчике 3 преобразователя 4 находитсякод 11, значение которого равночислу шагов квантования, пропорционального амплитуде входного сигнала дда границе участка. С циФровоговыхода 32 преобразователя 4 управ -ляющий код устанавливает значениечастоты импульсов на выхоце преобразователя 5 код-частота, равддое1"=- 1. 1 д, где " - частота, соот дзстствудсщая единичному коду счетчика 31 ддзеобразователя. Таким образом, на д.-дд участке аддпроксддддацддддбудет осуществляться изменение кодав счетчдддсе 6 с постоянной скоростьюна величину ЬС= И;Г Т где Тд.продолжддтеддьддость аппроксимации з.-гоучастка входного сигнала, определяемая временем нахождения входногосигнала в пределах шага квантовадпдяддИ. В течение того же периода времееди будет осуществляться изменениекода в счетчике 26 с постояннойскоростью на величину ддС =А-д,Т11аб. 2где -,; - частота импульсов генеражтора 27 опорной частоты, Текущие коды счетчиков 6 и 26 суммируются сумматором 8, вследствие чего выходнойкод пропорционален площади трапеции,опддсаддддодд па участке линейно аппроксдддпдроваддддьддд сигналом, и по завершению работы на. указанном участкев судпдаторе 8 будет находиться кодСд:= (-111)Т,1/При изменении входного сигналадда величину шага квантования Ь Иустройство переходит к аппроксимации +1)-го участка входного сиг12429 ции. нала, при этом в счетчике 31 преобразователя 4 будет находиться код И + отличающийся от значения кода И" на +1 в зависимости от направления изменения сигналр. Следовательно, ца (г+1)-м участке аппроксимации будет осуществлться изменение кода в счетчике 6 на величину Ь С.=ЬррИь,., .Г,Г; . В то же самое время будет происходить изменение када в 1 О счетчике 26 на величину А Срь.=ьф 1 = -1 Т., Знаки изменения кодов счетчиков 6 и 26 определяются направлением изменения входного сигнала 5 и его полярностью. На (г+1)-ы участке аппроксимации произойдет изменение суммарного кода на цифровом вы,ходе 17 устройства на величину бс,:(а ТИ Т )Т . Таким абра.1, 20д и 4зом, на цифровом выходе 17 в процессе работы устройства осуществляется непрерывное формирование кода, текущее значение которого пропорциональ но площади, описываемой линейно аппроксимироъанной входной функцией и, следовательно, с большой степенью точности пропорциональное текущему значению интеграла от входной функРассмотрим работу устройства при интегрировании входной функции с нулевым начальным значением Г(0)=0.В исходном состоянии, которому соответствует подача управляющего потенциала на вход 7 начальной установки устройства, все триггеры и счетчики установлены и нулевое сос 40 тояние. Нулевой потенциал на выходе триггера 29 блокирует работу генератора 27. С шины 16 по информационному входу 44 блока 12 заносится код начальных условий, который через выход 46 блока 12 и сумматор 8 посту 45 пает на цифровой выход 17 и выход 19 знакового разряда устройства. Циф. ровой код с выхода сумматора 8 поступает на цифровые входы цифроаналого 50 ваго преобразователя 18 и преобразуется в аналоговый эквивалент. Данный режим соответствует стандартному режиму "Исходное положение" интеграторов аналоговой вычислительной машины.55Перевод устройства в режим Интегрирование" осуществляется подачей управляющего потенциала на вход 13 93 4запуска устройства и снятием управляющего потенциала с входа 7 начальной установки, Б связи с тем, что на ггггформациошгые входы преобразователя 5 код-частота поступает нулевой код с цифрового выхода 32 преобразователя 4, то па выходе преобразователя 5 отсутствует импульсная последовательность и счетчик 6 сохраняет исходное состояние, Нулевое состояние сохраняет также счетчик 26, так как перевод устройства в режим "Интегрирование" еще не изменяет состояния триггера 29, управляющего запуском генератора 27.Режим работы счетчика 6 определяется полярностью входного сигнала, Положительному значению входного сигнала соответствует нулевой, а отрицатсльгоьгу - единичный уровень напряжения па выходе знакового дискриминатора 3. Поступая на вход управления реверсом счетчика 6, нулевой уровень с выхода знакового дискриминатора 3 обеспечивает работу счетчика 6 в режггме суммирования, а единичный уровень - работу счетчика б в режиме вычитания. Возрастающее входное напряжение положительной полярности через блок 1 выделения модуля, аналоговый вход 34 ц блок 33 вычитания преобразователя 4 поступает на сигнальные входы компараторов 36 и 37, При превы - шенин выходным напряжением блока 33 напряжения Цб, проггзойдет срабатывание компаратора 36, при котором напряжение на его г,ыходе соответствует уровгью логической "1 . Сигналом срабатывания компаратора 36 подтверждается нулевое состояние триггера 38, которое, поступая на вход управления реверсом счетчика 31, устанавливает его в режиме сушгирования. По сигналу срабатывания комггаратора 36 через элемент ИЛИ 39 в счетчик 31 заносится код единицы, который формирует на выходе цифроаналогового преобразователя 30 уравновешивающее напряжение, переводящее компаратор 36 в исходное состояние. По сигналу срабатывания компаратора 36 через элементы ИЛИ 39, И 22 производится установка в единичное состояние триггера 29, чем осуществляется запуск генератора 27. Импульсы опорной частоты Г /2 начинают поступать на счетньп вход счетчика 26. При5 1242 этом счетчик 26 установлен в режим суммирования., так как на входе управления реверсом присуствует нулевой потенциал с выхода элемента ИЛИ 63 блока 21.Единичный код с цифрового выхода 32 преобразователя 4 устанавливает коэффициент передачи преобразователя 5 равным единице, вследствие чего на счетнйй вход счетчика 6 начинают 1 О поступать импульсы с частотой Г, .При дальнейшем возрастании положительного входного напряжения произойдет второе .срабатывание компаратора 36, К этому моменту в счет чиках 6 и 26 будут находиться кодыЬС 6=ГТ и д С =1 1 Т 1, где Т2временной интервал между первым и вторым срабатыванием компаратора 36.20 По второму срабатыванию компаратора 36 в счетчике 31 будет находится код числа "два" и уравновешивающее напряжение с выхода преобразователя 30 устанавливает компаратор 36 в исходное состояние.Код с цифрового выхода 32 преобразователя 4 устанавливает коэффи,циент передачи преобразователя 5 код-частота, равный двум, вследствие . чего в течение времени между вторым и третьим срабатыванием компаратора , 36 заполнение счетчика 6 происходит с частотой 2 Г . По завершении работы . на укаэанном интервале в счетчиках 6 и 26 будут соответственно находиться коды С, - Г, 2+2 1 ис С 1=- Т +рГ Т, а на выходе сумматора 8 будет сформирована сумма указан" ных кодов. В дальнейшем работа устройства при возрастании положительного входного сигнала происходит аналогично. При убывании входного сигнала в области положительных значений триггер 38 устанавливается вединичное состояние по сигналу срабатывания компаратора 37. Единичное состояние триггера 38 переводит счетчик 31 в режим вычита ния, уравновешиванпе напряжения осуществляется уменьшением кода в счетчике 3 на единицу. Указанное изменение кода счетчика 31 вызовет уменьшение на единицу коэффициента передачи преобразователя 5, Следовательно, на (и+1)-м интервале содержимое счетчика 6 увеличится на величину 993 бЬ С.=(п):Г, Т, По единичному.состоянию триггера 38 установится единичный уровень на выходе элемента И 61, который через элемент ИЛИ 63 переведет счетчик 26 в режим вычитания. Следовательно, на (и+1)-ом участке аппроксимации содержимое счетчика 26 уменьшится на величину11 С 26 - 2Т,. В дальнейшем при уменьшении входного сигнала в области положительных значений работа.устройства происходит аналогично. Если вхоцное напряжение вновь изменяет крутизну в области положительных значений, не достигая нулевого уровня, то уравновешивание входного напряжения будет осуществляться при работе счетчика 31 в режиме суммирования по нулевому состоянию триггера 38, в которое он установится после прохождения входным напряжением локального минимума. При этом счетчи" ки 6 н 26 работают в режиме суммирования.При переходе входного сигнала вобласть отрицательных значений единичный уровень с выхода знакового дискриминатора 3 установит счетчик 6 в режим вычитания, однако до первого срабатывания компаратора 36 на его счетный вход импульсы не поступают, так как преобразователь 5 заблокирован нулевым кодом с цифрового выхода 32 преобразователя 4. При возрастании входного сигнала по модулю в области отрицательных значений счетчик 26 устанавливается в режим вычитания по единичному уровню напряжения на выходе элемента И 60 блока 21, однако до первого срабатывания компаратора 36 импульсы на его счетный вход не поступают, так как при переходе входного напряжения через нулевое значение генератора 27 заблокирован нулевым состоянием триггера 29, в которое он был установлен уровнем напряжения с выхода дешифратора 25 через элемент ИЛИ 10. По первому срабатыванию компаратора 36 в дальнейшем при возрастании входного сигнала на модулю в области отрицательных значений осуществляется уменьшение содержимого счетчиков 6 и 26, При изменении крутизны входного сигнала в области отрицательных значений при его уменьшении по модулю режим работы счетчи 1242993ка 6 не изменяется, а счетчик 26устанавливается в режим суммированияпо нулевым уровням на выходах элементов И 60 и 61 блока 21. При переходе входного сигнала через нулевоезначение в отрицательную областьвозможен случай установления в счетчике 6 нулевого кода; после чего количество импульсов, поступивших цаего счетный. вход, будет представлено в обратном коде ца его выходах.В этом случае формирование единицыв знаковом разряде осуществляетсяследующим образом.При прохождении кода счетчика 6 15.через нулевое значение ца выходе дешифратора 9 формируется уровень напряжения, соответствующий уровнюлогической "1 который через эле)мент ИЛИ 23 поступает на счетный 20вход триггера 1, ца выходе которого формируется знаковый разряд кода,содержащегося в счетчике 6, и уста -цавливает его в единичное состояние.При повторном переходе входного сигнала в положительную область и прохождении значения кода-счетчика бчерез нул. аналогичным образом триггер 11 устанавливается в нулевоеФсостояние, что соответствует ззоложительцому значению интеграла отВходной фуз кцы,При работе устройства на участкеубывания входного сигнала в полол- тельной области или возрастания по 35 модулю в области отрицательцых значений возможен случай установления в счетчике 26 нулевого кода, после чего количество импульсов, поступивших ца его счетный вход, будет пред 4ставлено в обратном коде ца его выходах. В этом случае формирование единицы в знакоззом разряде осуществляется следующим образом. При прохождении кода счетчика 26 через ну левое значение на выходе дешифратора 24 формируется уровень напряжения, соответствующий логической "1", которыи поступает ца счетный вход триггера 28, на выходе которого формирует 50 ся знаковый разряд кода, содержащегося в счетчике 26, и устанавливает его в единичное состояние. При повторном переводе счетчика 26 в режим суммирования, что соответствует . 55 участку возрастания входной функции в положительной области или ее убыва ния по модулю в отрицательной области, и при повторном прохождении кода счетчика 26 через нулевое значение сигналом с выхода дешифратора 24 триггер 28 устанавливается в нулевое состояние по счетному входу.Таким образом, для работы устройства необходимо, чтобы сумматор 8.осуществлял свою работу при представлении входных данных в обратном коде, при этом задание начальных условий по кодовой шине 16 должно также осуществляться в обратном коде.Задание произвольного начальногозначейия Г(0)0 интегрируемой функции осуществляется в режиме "Исходное положение" блоком 12 следующим образом, При поступлении на вход устройства начального значения функции Г(0) ца выходе блока 33 формируется сигнал положительной полярности, так как счетчик 31 в режимеИсходное положение" устанавливается в нуль и с выхода цифроаналогового преобразователя 30 на инвертирующиз вход блока 33 подается нулевой потенциал, По сигналу положительной полярности с выхода 35 преобразователя и происходит срабатывание компаратора 52 блока 12, при этом напряжение на его выходе соответствует уровню логической "1". Импульсы генератора 49 через открытый элемент И 50 блока 12 поступают на счетный вход счетчика 31 до тех пор, пока напряжение ца выходе преобразователя 30 це станет радзцым по модулю вход- . ному напряжению. В этом случае напряжение ца выходе блока 33 станет равным нулю и компаратор 52 возвратится в исходное положение, закрывая элемент И 50 для прохождения импуль- сбЪ генератора 49 на счетный вход счетчика 31, Код с цифрового выхода 32 преобразователя 4 устанавливает соответствующий коэффициент передачи преобразования 5 код-частота. Однако н режимеИсходное положение" преобразователь 5 заблокирован управляющим потенциалом, поданным на вход 7. Если полярность входного сигнала отрицательна, то напряжение, соответствующее уровню логической "1" с выхода знакового дискриминатора 3, устанавливает счетчик 6 в реызы вычитания по входу управления реверсом, По единичному уровню напряжения с выхода знакового дискриминатора 3 по потенциалу режима1242993 10импульс, триггер 29 установится вединичное состояние по установочному входу, что приводит к снятию блокировки работы дешифраторов 9 и 245 нуля. 9Исходное положение" через элемент И 54 блока 12 и элемент ИЛИ 10 осуществляется установка триггера 11 в единичное состояние, что обеспечивает формирование отрицательного значения кода, поступающего на первый вход сумматора 8. При положительном значении входного сигнала потенциал, соответствующий уровню логического "О" с выхода знакового 10 дискриминатора 3 устанавливает счетчик 6 в режим суммирования, а триггер 11 остается в исходном состоянии, обеспечивая Формирование положительного значения кода, поступающего 15 на первый вход сумматора 8. В режиме "Исходное положение" и в режиме "Интегрирование до первого срабатывания любого иэ компараторов преобразователя 4 генератор 27 заблокиро ван нулевым уров 11 ем триггера 29. , После срабатывания любого из компараторов триггер 29 устанавливается в единичное состояние, осуществляя запуск генератора 27. 25Начальная установка. режима работы счетчика 26 определяется полярностью входного воздействия и направлением его изменения, и производит" ся с помощью блока 21. 30Формирование знакового разряда кода счетчика 26 определяется также полярностью входного воздействия и направлением его изменения и производится установкой триггера 28 вединичное состояние (или сохранением исходного состояния) по сигналусрабатывания любого из компараторовпреобразователя 4 и Формирующегосяпри переводе в режим 11 Интегрирование импульса на выходе триггера 56.Задний Фронт этого импульса задержан на длительность, определяемуюэлементом 14 задержки по от - ошению ксигналу срабатывания любого из компарачоров преобразователя 4. В дальнейшем изменение состояния триггера28 может осуществляться только посчетному входу.В режиме "Исходное положение" осу.50ществляется блокирование дешифраторов9 и 24 нуля нулевым уровнем с выходатриггера 29. Этим обеспечиваетсяпредотвращение ложного срабатываниятриггеров 11 и 28 по нулевым кодам 55счетчиков 6 и 26, После того, как врежиме "Интегрирование" па выходе 40преобразователя 4 будет сформированформула иэ обретения 1. Устройство для интегрированияфункций, содержащее блок выделениямодуля, подключенный входом к информационному входу устройства и первому входу знакового дискриминатора,а выходом - к второму входу знакового дискриминатора и информационномувходу аналого-цифрового преобразователя следящего типа, соединенногоустановочным входом с первым выходом блока задания начальных значений,цифровым выходом - с информационнымвходом преобразователя код-частота,а выходом разностного сигнала - саналоговым входом блока задания начальных значений, подключенного знаковым входом к выходу знакового дискриминатора и входу управления реверсом первого реверсивного счетчика,первым управляющим входом - к входуначальной установки устройства, управляющему входу преобразователя кодчастота и первому входу первого элемента ИЛИ, вторым управляющим входом - к входу запуска устройства, информационным входой - к шине вводакода начального значения, вторымвыходом - к входу первого слагаемого сумматора, а третьим выходом - кпервому входу второго элемента ИЛИ,соединенного вторым входом с выходомпервого дешифратора нуля, а выходом -со счетным входом первого триггера,выход которого подключен к входу знакового разряда второго слагаемогосумматора, соединенного входами остальных разрядов второго слагаемогос цифровым выходом первого реверсивного счетчика а выходом - с цифровым выходом устройства и входом цифроаналогового преобразователя, подключенного выходом к аналоговомувыходу устройства, причем первый ре- .версивный счетчик соединен счетным входом с выходом преобразователякод частота, а. цифровым выходом - синформационным входом первого дешифратора нуля, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышенияточности, в него введены два эле 1242993 12мента И, элемент задержки, второйреверсивцый счетчик, генератор опорной частоты, второй и третий триггеры, второй и третий дешифраторы нуля и блок определения знака коррекции, подключенный первым входом к выходу знакового дискриминатора, вторым и третьим входаии - к прямому и инверсному выходаи знака кода приращения аналого-цифрового преобразователя следящего типа, а выходом - к входу управления реверсом второго реверсивного счетчика и первому входу первого элемента И, соединенного выходом с единичным установочным входои второго триггера, вторым входом - с выходом второго элемента И, входои элемента задержки и единичцыи установочным входои третьего триггера, а третьии входои - с четвертым выходом блока задания начальных значений, третий управляющий вход которого подключен к выходу элемента задержки, при этом второй элемент И соединен парвыи входои с выходом число импульсного кода нриращеция аналого-цифрового преобразователя следящего тица, а вторыи входои - с входои цачальФной установки устройства, прп этом второй триггер подключен счетным входом к выходу второго дешифратора нуля, а выходом - к входу знакового разряда третьего слагаемого суииатора, входы остальных разрядовкоторого Соединены с информационныии входами втОрого дешифратора нуляи цифровым выходом второго реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератораопорной частоты, причем третий триггер соединен выходом с входом запуска генератора опорной частоты и 10 со стробирующими входами первого ивторого дешифраторов нуля, а входомобнуления - с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего дешифрато ра нуля, соединенного входами с цифровыи выходои аналого-цифрового пре"образователя следящего типа.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок 20 определения знака коррекции содержит два элемента И, инвертор и элемент ИЛИ, выход которого являетсявыходом блока определения знака коррекции, а входы элемента ИЛИ подклю чецы к выходам элементов И, причемпервый элемент И соединен первымвходои с первым входом блока определения зцака и входом инвертора,подключенного выходом к первомувходу второго элемента И, а вторые входы первого и второго элементов соединены с третьим и вторымвходами блока определения знака коррекции соответственно.1242993 Фиг. 2 Составитель С, Казинов Техред Ц.Гайдоп Корректор О, Луговая Редактор П. Коссей аказ 3708 Тираж 671Государственного комитета СССРелам изобретений и открытий