Линейный интерполятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 191 (11) 1)4 С 05 15) С 06 Р 15/353 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ескии инст цикл ордин ордин мульт ший с блок испол СССР981.СР980. ьство/18,ТОРтся к ычисл ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(5) Изобретение относ ой технике. Цель изобретения - ение надежности за счет контроботы за время интерполяционногоЛинейный интерполятор содердвиговый регистр 1 координатноиращения, регистр 2 разности ко атных приращений, регистр 3 к атных приращений, счетчик 4,/ иплексор 5, ключ 6, накапливаю. умматор 7, схему 8 сравнения и 9 управления, В интерполяторе ьзуется метод оценочной функции ,ф-лы, б ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в систе-,мах числового программного управле 5ния, а также в системах отображенияграфической информации.Цель изобретения - повышение надежности за счет контроля работы эавремя интерполяционного цикла. ОНа Фиг, приведена Функциональнаясхема линейного интерполятора; наФиг.2 - блок-схема алгоритма работыустройства; на фиг.З - отрезок аппроксимируемой прямой; на фиг.4Функциональная схема блока управления; на Фиг.5 - распределение управляющих воздействий; на Фиг,б - Функциональная схема накапливающего сумматора.Линейный интерполятор (фиг.1) содержит сдвиговый регистр 1 координатного приращения, регистр 2 разностикоординатных приращений, регистр 3координатного приращения, счетчик 4, 25мультиплексор 5, ключ б, накапливающий сумматор 7, схему 8 сравнения,блок 9 управления. Интерполятор имеет входы 10-12, выход 13, входы 1417 и выходы 18-22, .50Сдвиговый регистр 1 координатногоприращения служит для хранения большего приращения БП), задающего исходный отрезок прямой. Значение БПпоступает от внешнего устройства по35входу 10 значения БП, а запись в регистр 1 осуществляется передним Фронтом сигнала записи, поступающего на. вход 11 запуска интерполятора. Значение БП в исходный момент времени записывается также в счетчик 4, выполняющий Функцию счетчика конца интерполяции отрезка прямой.Регистр 2 разности координатныхприращений служит для хранения разно 45сти большего и меньшего приращений,.задающих отрезок прямой. Указаннаяразностьпоступает с накапливающегосумматора 7 и записывается в регистр2 передним Фронтом сигнала, поступающего с первого выхода 23 блока 9 управления,Регисгр 3 координатного приращенияслужит для хранения меньшегс приращения (МП), задающего отрезок аппрокси- .5мируемой прямой. Запись в регистр 3осуществляется передним фронтом сигнала, поступающего с входа 11 интерпопятора Мультиплексор 5 обеспечивает передачу на свой выход инверсного значения 1 Т 1 от регистра 3 при наличии "1"на его управляющем входе, соединенномс входом переноса накапливающего сумматора , При наличии 0 на управляющем входе мультиплексора 5 последнийосуществляет передачу значения разности приращений от регистра 2 на свойвыход.Ключ 6 при наличии "1" на его управляющем входе обеспечивает передачуинверсного значения БП со своего ин-формационного входа на выход, Информационный вход ключа 6 подключен к парафазным выхоцам сдвигового регистракоординатного приращения, а выход -к входам начальной установки накапливаюптго сумматора 7.Блок 9 управления осуществляет управление операционными узлами интерполятора в соответствии с алгоритмомр,.боты,Блок 9 управления (фиг.4) имеетвыводы (входы и выходы) 23-30 и содержит блок 3 постоянной памяти,первый 32 и второй 33 регистры, генератор 34 импульсов, первый элементИ 35, гервый 36 и второй 37 триггеры,второй 38,. третий 39, четвертый 40,пятый 1 и шестой 42 элементы И, третий 43и четвертый 44 триггеры, первый 45 ивторой 46 элементы 2 И-ИЛИ, пятыйтриггер 47, седьмой 8, восьмой 49,девятый 50 и десятый 51 элементы И,Позициями 52-63 обозначены связи вблоке 9 через шин , Сумматор(Фиг.б)содержит комбинационный сумматор 64и регистр 65.Интерполятор работает следующим образом,Г качестве метода линейной интерполяции для предлагаемого линейного интерполятора используется метод оценочной функции, согласно которому направление очередного шага направляется пс знаку специальной оценочной Функции (ОФ), вычисляемой в процессе интерполяции. Интерполируемая прямая делит двухмерное координатное пространство, в котором она расположена,. ча две области; область ОфО над прямой и область Оф0 под прямой,. Сама прямая представляет собой область ОФ =- О. Интерполяция методом оценочной функции производится по следующему правилу; если промежуточная точка траектории находится вобласти ОФ О, то следующий шаг делается по оси Х (при ЬХ = БП, Ь У МП). Если же промежуточная точка траектории находится в области ОФО, то следующим выполняется комбинированный диагональный шаг. В описании прототипа показано, что при начальном значении оценочной функции, равном целой части половины большего приращения, задающего отрезок прямой, отклонение их идеальной прямой не превьппает половины шага дискретизации.Поскольку принято начальное значение5оценочной функции ОФО =-ц.ч а сама прямая представляет собойОФ=О, то очевидно, что в точках апГроксимирующего отрезка, совпадающих 20с идеальной прямой, оценочная функцияБП 1принимает значение ОФ=ОФ =-ц.ч,оВ предлагаемом линейном интерполяторе 25 обеспечивается точное попадание в конечную точку. Следовательно, значение оценочной функции в конечной точкеГБП 1равно-ц,ч., т.е, начальномузначению оценочной функции. Последнее свойство использовано для контроля линейного интерполятора. Действительно, если по окончании процесса35интерполяции отрезка прямой значениеоценочной функции, хранящееся в сумматоре 7, равно целой части половиныбольшего приращения, то интерполяцияотрезка прямой выполнена верно, В Опротивном случае можно констатировать,что имеет место сбой в работе интерполятора или же последний в данныймомент времени не работоспособен.Значение оценочной функции для 45предлагаемого интерполятора определяется по следующим соотношениям:ОФ = БП/2 ц.ч.,ОФ = ОФ + БП-МП) при ОФ,(О, 50ОФ 1, = ОФ; - МП при ОФ,О.При ОФ;(О выполняется комбинированный диагональный шаг, т.е. одновременные шаги по ведущей и ведомой55 координатам. При ОФ;0 выполняется шаг по ведущей координате,При интерполяции отрезка прямой от внешнего устройства поступают исходные операнды, определяющие заданный отрезок прямой и его направление. В сдвиговый регистр 1 координатного приращения и счетчик 4 по входу 10 передним фронтом сигнала записи на входе 11 интерполятора записывается значение .БП. Значение БП, записанное в счетчик 4, определяет число интерполяционных тактов. В регистр 3 координатного приращения передним фронтом сигнала на входе 11 интерполятора записывается значение МП с входа 12 линейного интерполятора, Поскольку вы- ход регистра 3 координатного приращения является инверсными выходами его триггеров, то регистр 3 координатного приращения обеспечивает хранение значения МП и его инвертирование, т.е. получение обратного кода МП. В блок 9 управления передним фронтом сигнала записи с входа 11 интерполятора, соединенного с входом 24 блока 9, запоминаются значения признаков, опреде" ляющих ориентацию отрезка в двухмерном координатном пространстве. На - второй вход интерполятора поступает значение 1при ЬХО, где Ь Х - значение приращения исходного отрезка прямой по оси абсцисс, и "0" при ЬХ (О."1" на входе 15 интерполятора определяет положительный знак приращения У, где ЬУ - значение приращения исходного отрезка прямой по оси ординат. При дУО на входе 15 интерполятора выставляется значение 0. При ЬХьУ на входе 16 интерполятора выставляется уровень , а при ЬХ ( ЬУ - уровень "О".Значение модулей приращений Л Х и Ы, а также их знаки полностью опре" деляют отрезок аппроксимируемой прямой по отношению к координатным осям. Поскольку в исходный момент времени на выходе 29 блока 9 управления присутствует значение "1", то на выходе ключа 6 выставляется парафазный код БП, Под воздействием сигналов с выхода ключа 6 сумматор 7 принимает значение БП.Таким образом, значение БП в исходный момент времени записано в сдвиговом регистре 1 координатного приращения, счетчике 4 и сумматоре 7, В следующий тактовый момент времени на выходе 26 блока 9 управления устанавливается значение "1", обеспечивающей передачу на вход сумматора 75 4 инверснсго значения МП и выхода регистра 3 координатного приращения через мультиплексор 5, Ма Вход переноса сумматора 7 поступает значение "1", поскольку вычитание в сумматоре 7, ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ В ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ Катте: Б Сумматоре 7 находится значение ВыраженияЬ=" БП - МП = БП+ МП+Зная ение й запамтпта е; ся в ре 1 и,ре 2 разности координатных прираще"ний, Уоавень сигнала, записанногорег 1 ьстр 2., - положительный: В указавный тактовый момент Времени асущестн"ляется также одни, садРажимога сцвтт"ГОВОГО 1)егиствакоординатного при "ращения в сторону младших разрядон,.1 Оскальк у да Выпо пнен 11 Я чка 3 аь 1 на г одействия .н регистре 1 хранилась зна:ЧЕНИЕ БП.та ПОСЛЕ ВЬ 1 ПОЛ 1 тЕНЬтя УКазанной операции сднкга регистрЛриниМавт ЭнаЧЕ 1 тИЕ 1 БП/2 П,ттВ следующий тактовый момент Времени на Вьтхаце 29 барака 9 управленияую-таневливаетс 51 значение 1 ., ттаОбеспечивает установку сут,матова 7 ьсостояние ГБП/21 ц.ч., Указанные дей .стния предшествутот Ссбственно процесСу интерполяции ь 1 обраэутот тттякл подО 1 ОВ 1","т, ПтттяттЕЫ В тЕ ЧГ т Е З тт ааат 1 тлнатного приращения хранится зна-ениМП В счетчике ц - значение БПГИСТПЕ 2 ОазНОС 1 И Каарттииат 11 Ь 1 Х Пр 11 ттьШЕНИй - раЗНОСтЬ БПтЯ., а В СуММатОр-.и регистре 1 координатного приращ=ниЯ - значение 1 БП/21 Ц.ч., Цикл пад-ГотОнки занимьтет три тактовых моментаВРЕМЕНИ.В цикле интерполяции В пернь 1 й так"тоный момент времени иэ содержимогоСУММатара 7 ВЫЧИтаЕТСя ЗНаЧЕНИЕ МПтт,е. обеспечивается перецача инверсного значения МП -терез мультиплексаг5 на информационный вход суьжатора 7и на его вход .переноса ныстанляетсязначение 1 , т.ледует отметить., чтопоскольку по алгоритму работы предлагаемого линейного интерполяторапри вычислении значения оценочнойФункции используется операция Вычитания только значения МП то сигналпереноса для накапливающего сумматора 7 формируется только при формировании для мультиплексора 5 сигнала передачи на его выход значения МП.При отрицательном значении оцена".- ной функции, хранящейся н сумматоре 7 13603 6к содержимому сумматора прибавляетсязначение БП-МП, хранящееся в регистре 2,Пер едача значения БП-КЧ на инфо рмацион-ный вход сумматора 7 достигается подачейЭна управляющий вход мультиплексора 5"О". При положительном знаке оценочной функции, хранящейся в сумматоре 7,от содержимого последнего вычитаетсязначение МП.Указанные действия совершаются затактовый момент времени, в каждом изкоторых формируются шаговые прираще-тния, Значение шагоных приращений определяются значением знаков приращений ЬХ-, ,У, соотношением приращенийЬХ и ЬУ, а также знаком оценочнойфункции, хранящейся в сумматоре 7,Б ",тикле интерполяции с каждым шаопым приращением по ведущей координате соцержимое счетчика ч уменьшает.".я на единицу. При Выдаче числа шаго:.т,;. приращений по ведущей координае ранного БП, на выходе счетчика75;рормируется уронень О, сигнализиру.дщий об окончании интерполяции отрезка прямой. Указанным уровнем разрешается работа схемы 8 сравнения. Приравенстве содержимого сумматора 7 знаЧЕттио СОДЕРЖИМОГО СДВИГОВОГО РЕГИСтра 1 на Выходе схемы 8 сравнения появляется уровень 1 . Сигнализирую;,:тт 1 С ПРанИЛЬНОСтИ НЫПОЛНЕНИЯ аППРОК:1 тМЛРУЮЩИХ ДЕйетВИй Па РаСЧЕтУ ОЦЕночной функции за время интерполяционного тцикла. 3 противном случае наВыходе схемы 8 сравнения формируетсяуровень "0", который указывает или нанеиспранность интерполятора, или наналичие сбоев н его работе,Фоамула изобретения1, Линейный интерполятор, содержа.:.итт. сдвиговый регистр координатного приращения, ключ, накапливающий сумматор, регистр разности координатных приращений, информационный Вход которага соединен с информационным выходом накапливающего сумматора, вход начальной установки которого соединен с выходом ключа, информационный вход кстарого соединен с выходам сдвиговога регистра координатного приращения, отличающийся тем, что, с целью поньппения надежности за счет контроля работы эа время интерполяцианнаго цикла, в него введены регистр координатного приращения, счетчик, 1413603мультиплексор, схема сравнения и блок управления, информационные входы сдвигового регистра координатного приращения и счетчика соединены с входом значения большего приращения интерполятора, информационный вход регистра координатного приращения соединен с входом значения меньшего приращения интерполятора, выходы регист ра разности координатных приращений и регистра координатного приращения соединены с первым и вторым информационными входами мультиплексора, выход которого соединен с информацион ным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой соединен с выходом сдвигового регистра координатного приращения, вход запускаинтерполятора соединен с входами записи сдвигового регистра координатного приращения, регистра координатного приращения и счетчика и с входом запуска блока управления, первый выход которого соединен с входом записи регистра разности координатных приращений и с входом управления сдвигом сдвигового регистра координатного 30 приращения, второй выход блока управления соединен со счетным входом счетчика, выход признака нулевого со-, состояния которого соединен с выходом признака "Конец интерполяции интерполятора, с первым входом начальной установки блока управления и входом стробирования схемы сравнения, выход признака равенства которой является выходом признака Отсутствие ошибки" 40 интерполятора, третий выход блока управления соединен с управляющим входом мультиплексора и входом переноса накапливающего сумматора, выход знакового разряда которого соединен с первым входом блока управления, четвертый и пятый выходы которого соединены с входом синхронизации накапливающего сумматора и управл 3 нощим входом ключа соответственно, с второго50 по четвертый входы блока управления являются входами знака приращения первой и второй координат и входом признака координаты с большим приращением интерполятора, выходы координатных приращений которого соединены, 55 с шестого по девятый выходами блока управления, второй вход начальной установки которого является входом начальной установки интерполято - ра.2. Интерполятор по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит блок постоянной памяти, первый адресный вход которого является первым входом блока, два регистра, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов блока постоянной памяти, пять триггеров, десять элементов И, генератор импульсов и два элемента 2 И-ИЛИ, первый и второй входы первого элемента И являются первым и вторым входами начальной установки блока, вход синхронизации и информационный вход первого триггера соединены с входами запуска и логической единицы блока соответственно, выход первого элемента И соединен с инверсными входами сброса первого и второго триггеров и второго регистра, выход первого триггера соединен с информационным входом второго триггера, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с входами синхронизации второго и первого регистров соответственно, первый и второй выходы второго регистра соединены с вторым и третьс адресными входами блока постоянной памяти, прямой выход генератора импульсов соединен с входом синхронизации второго триггера, вторым входом третьего элемента И и первыми входами четвертого и шестого элементов И, инверсный выход генератора импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым входомпятого элемента И, с второго по четвертый входы блока соединены с информационными входами четвертого, пятого и третьего триггеров соответственио, прямой и инверсный выходы третьего триггера соединены с первыми входами элементов И первого и второго элементов 2 И-ИЛИ соответственно, выходы которых соединены с попарно объединенными первыми входами седьмого, восьмого и девятого, десятого элементов И соответственно, выходы которых являются с шестого по девятый выходами блока соответственно, прямой и ин- версный выходы четвертого триггера соединены с вторыми входами седьмого и восьмого элементов И соответственно, прямой и инверсный выходы пятого триггера соединены с вторыми входами, девятого и десятого элементов И соответственно, входы синхронизации с третьего по пять 1 й триггеров соединены с входом запуска блока, первый вход) которого соединен с вторыми входами первых элементов И первого и второго элементов 2 И-ИЛИ, выход пятого элемента И является вторым выходом блока и соединен с вторыми входами вторых элементов И первого и второго элементов 2 И-ИЛИ, выходы первого и третьего разрядов первого регистра и выходы четвертого и шестого элементов И являются первым, третьим, четвертым и 1 с пятым выходами блока, выходы четвертого, второго и пятого разрядов первого регистра соединены с вторыми входами с четвертого по шестой элементов И соответственно, 203, Интерполятор по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что накапливаю-,щий сумматор содержит регистр, выходмладших разрядов которого являетсяинформационным выходом накапливающего сумматора, и комбинационный сумматор входы первого и второго слагаемых которого соединены с информационным входом накапливающего сумматора ии с выходом регистра, вход переносаи вход старшего разряда первого слагаемого комбинационного сумматора сосоединены с входом переноса накапливающего сумматора, выход знаковогоразряда которого соединен с выходомстаршего разряда регистра, выход комбинационного сумматора соединен с информационным входом регистра, входсинхронизации которого является одноименным входом накапливающего сумматора, вход начальной установки которого соединен с входами установки регистра.ор Л.Патай 84/5 Тираж 86 Подписно аказ нного комитета СССР ВНИИПИ Государств по делам изобре113035, Москва, Жн открытиикая наб,/5 оизводственно-п лиграфическое предприятие г. Ужгород, ул, Проектная, 4