Цифровой интерполятор

 

1. ЦИФРОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий блок управления, блок вычис:Ления разности и последовательно соединенные счетчики текущих координат, первый коммутатор и первый накапливающий сумматор, второй вход которого подключен к первому входу цифрового интерполятора, а выход - к первому входу блока управления , соединенного первым выходом с управляющим входом первого коммутатора , а вторым - с первыми входами счетчиков текущих координат и выходом цифрового интерполятора, выходы счетчиков текущих координат через блок вычисления разности подключены к третьему входу первого коммутатора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем о6еспе юния 1шфровой эллиптической ин терполяцин устройства, в него введены первый и второй регистры, второй коммутатор , второй накапливающий сумматор и элемент И, выход которого соединен с вторым выходом цифрового интерполятора, а второй вход - с. вторым выходом блока управления, выход второго накапливающего сумматора подключен к второму входу блока управления, третий выход которого соеданен с первым входом второго коммутатора, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, а третьи входы блока управления являются вторыми входами цифрового интерполятора, третьи входы которого соединены с входами первого и второго регистров, четвертый вход соединен со вторым входом второго т акапливающего сумматора , а пятые в-оды - с вторыми входами счетчиков текуп11 х координат. 2. Интерполятор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что блок управления содержит генератор импульсов, два переключателя , три элемента задержки, RS -триггер , элемент НЕ ,четыре элемента И и элемент ИЛИ, первый вход которого соедине с вторым входом блока и через первый элемент задержки с S входом RS триггера , R -вход которого подключен к ъторому входу блока управления, а прямой выход - к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов , а третьи входы - через первый переключатель с первым входом блока управления , выходы первого и второго элементов И подключены к второ. у выходу блока управления и через второй и третий элементы задержки и второй переключатель к первому выходу блока управления, второй «ыход второго переключателя соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй вход блока управления подключен к первому входу третьего элемента И и через элемент НЕ к перво.иу входу четвертого элемента И, вторые входы третьего и чет

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ЮСММлюп

РЕЯЙУБЛИК

1) 6 05 В 19415

4(5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3650931/24 — 24 . (22) 11.10.83 (46) 15 02 85 Бюл 3 0 (72) Н. С. Анишин (71) Кубанский государственный университет (53) 621.503.55 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

;N 758074, кл. G 05 В 19/18, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР 33 875343, кл. 6 05 В 19/415, 1980 (прототип). (54) (57) !, ЦИФРОВОЙ .ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий блок управления, блок вычисления разности и последовательно соединенные счетчики текущих координат, первый коммутатор и первый накапливающий сум- матор, второй вход которого подключен к первому входу цифрового ннтерполятора, а выход — к первому входу блока управления, соединенного первым выходом с управляющим входом первого коммутатора, а вторым — с первыми входами счетчиков текущих координат и выходом цифрового интерполятора, выходы счетчиков текущих координат через блок вычисления разности подключены к третьему вхо. ду первого коммутатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения цифровой эллиптической интерполяции устройства, в него введены первый и второй регистры, второй коммутатор, второй накапливающий сумматор и элемент И, выход которого соединен с вторым выходом цифрового интерполятора, а второй вход — c вторым выходом блока управления, выход второго накапливаюSU„.11 009 щего сумматора подключен к второму входу блока управления, третий выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, а третьи входы блока управления являются вторыми входами цифрового интерполятора, третьи входы которого соединены с входами первого и второго регистров, четвертый вход соединен со вторым входом второго накапливающего сумматора, а пятые в".оды — с вторыми входами счетчиков текущих координат.

2. Интерполятор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит генератор импульсов, два переключателя, трн элемента задержки, Ю -триггер, элемент HE,÷åòû3M . элемента И н элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым входом блока и через первый элемент задержки с g входом Р6 триггера, П -вход которого подключен к второму входу блока управления, а прямой выход — к первым входам первого н вто. рого элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а третьи входы — через первыи переключатель с первым входом блока управления, выходы первого и второго элементов И подключены .к второ..у выходу блока управления и через второй и третий элементы задержки и второй переключатель

I к первому выходу блока управления, второй выход второго переключателя соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй вход блока управления подключен к первому входу третьего элемента И н через элемент НЕ к перво.4у входу четвертого элемента И, вторые входы третьего и чет))40098 вертого элементов И соединены с выходом третьего элемента задержки, а выходы этих элементов — с третьими выходами блока управления, Ф

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в устройствах вывода графической информации, а также в системах числового программного управления оборудованием.

При машинном построении чертежей часто необходимо чертить аксонометрические и изометрические виды деталей, содержащих круглые отверстия, валы, втулки и другие компоненты, имеющие круглые и цилиндрические поверхности. Проекции этих деталей имеют эллиптические линии.

Эллиптические ннтерполяторы используются при обработке на станках с программным управлением эллиптических профилей и контуров.

Известны цифровые интерполяторы, содержащие накапливающие сумматоры, коммутаторы, счетчики, генераторы импульсов, логические схемы, блок управления, связанный с другими узлами и интерполятора 11).

Однако они интерполируют окружность, но не могут интерполировать эллипс. Кроме того, они имеют значительную методическую погрешность работы, вызванную особенностью алгоритмов, положенных в их основу (выбор очередного шага по знаку оценочной функции) .

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности круговой интерполятор, содержащий накитливающий сумматор, входы ЗО и выходы которого соединены соответственно с выходом коммутатора, первым входом интерполятора и входом блока управления, соединенного своими выходами с первым входом коммутатора, выходами интерполя- З5 тора и входами счетчиков, выходами подключенных к вторым входам интерполятора, выходы которых соединены с вторыми входами коммутатора. Интерполятор содержит блок вычисления разности, под- 4О ключенный входами к выходам обоих счетчиков, а выходом — к третьему входу коммутатора. Его методическая погрешность в два раза меньше вышеупомянутых и составляет .полшага интерполяции (2). 45

Однако известный интерполятор обладает ограниченными функциональными возможностями, в частности, он не может выпол2 нять цифровую эллиптическую интерполяцию.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения цифровой эллиптической интерполяции.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой интерполятор, содержащий блок управления, блок вычисления разности и последовательно соединенные счетчики текущих координат, первый коммутатор и первый накапливающий сумматор, второй вход которого подключен к первому входу цифрового интерполятора, а выход — к первому входу блока управления, соединенного первым выходом с управляющим входом первого коммутатора, а вторым — с первыми входами счетчиков текущих координат и выходом цифрового интерполятора, выходы счетчиков текущих координат через блок вычисления разности подключены к третьему входу первого коммутатора, введены первый и второй регистры, второй коммутатор, второй накапливающий сумматор и элемент И, выход которого соединен с вторым выходом цифрового интерполятора, а второй вход — со вторым выходом блока управления, выход второго накапливающего сумматора подключен к второму входу блока управления, третий выход которой соединен с первым входом второго коммутатора, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, а третьи входы блока управления являются вторыми входами цифрового интерполятора, третьи входы которого соединены со входами первого и второго регистров, четвертый вход соединен с вторым входом второго накапливающего сумматора, а пятые входы — со вторыми входами счетчиков текущих координат.

Блок управления содержит генератор импульсов, два переключателя, три элемента задержки, Б -триггер, четыре элемента И и элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым входом блока и через первый элемент задержки с 5 входом . RS -триггера, R -вход которого подключен к второму входу блока управления, а прямой выход - к первым входам первого

1140098 с двумя входами, причем разрядные выходы этого сумматора смещены в сторону старших разрядов, а на место младшего разряда подается низкий уровень напряжения ("0"), если операции в первом накапливающем сумматоре 1 выполняются в дополнительном коде (если в обратном коце, младший разряд подключен к знаковому разряду). Вход переноса младшего разряда

10 комбинационного сумматора 25 связан с высоким уровнем напряжения ("1").

Коммутатор 3, (фиг. 4) содержит иа каждый разряд три элемента И.26 и один трехвходовый элемент ИЛИ 28. Причем его

15 входы связаны с выходами элементов И

26 и 27, входы которых в свою очередь соединены соответствующими входами, а также с управляющими шинами первого вхо= да коммутатора 3. Второй коммутатор

20 имеет два управляющих и два информационных входа, т.е. третий элемент И в каждом разряде из схемы исключен.

Величины задержек ., и первого и второго элементов задержки выбираются больши25 ми времени сложения сумматоров 1, но меньшими половины периода следования импульсов от генератора 24.

Разрядность сумматоров 1 и 9 и счетчиков 5 и ll выбирается в зависимости

30 от величины р (большая полуось эллипса) .

Ниже приведены рекуррентные соотношения, составляющие алгоритмы работы редлагаемого ннтерполятора (конкретиэированные для первого полуквадранта первого квадранта при движении против часовой стрелки) .

Е;+2г <„+1, если Я; (О

i+1 Е -2(х. -г. )+2 если Я.> 0

i i+1 ii )

1/ 1

Eî К- 2(Xо го)2

e p. и о 2

2; „аz;+4

1 х., если Я. (О

l х -, если g. 0, y;+1, если ;„1= ,если

0 (0

U; 0, и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а третьи входы — через первый переключатель с первым вхоцом блока управления, выходы первого и второго элементов И подключены к вторым выходам блока управления и через второй и третий элементы задержки и второй переключатель к первым выходам блока управления, второй выход второго переключателя соединен со вторым входом элемента ИЛИ, второй вход блока управления цодключен к первому входу третьего элемента И и через элемент НЕ к первому входу четвертого элемента И, вторые входы третьего н четвертого элементов И соединены с выходом третьего элемента задержки, а выходы этих элементов — с третьими выходами блока управления.

Данная конструкция интерцолятора обеспечивает цифровую эллиптическую интерпо. ляцию на базе крутовой интерполяции путем прореживания управляющих импульсов но одной из координат (например, по ).

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого интерлолятора; на фиг. 2 функциональная схема блока управления; на фиг. 3 — функциональная схема блока вычисления разности; на фиг, 4 — функциональная схема коммутатора; на фиг. 5 временные диаграммы сигналов в основных узлах интерполятора; на фиг. 6 — траектория эллиптической интерполяции.

В предлагаемый интерполятор входит (фиг. 1) первый накапливающий сумматор 1, блок 2 управления, первый коммутатор 3, блок 4 вычисления разности, первый счетчик

5, двувходовый элемент И 6, первый 7 и второй 8 регистры, второй наканливающий сумматор 9, второй коммутатор 10 и вто- 40 рой счетчик 11.

Интерполятор имеет управляющие входы

"Пуск" и "Стоп" связанные с одноименными входами блока 2 управления, содержащего (фиг: 2) триггер 12, первый 13, второй 14 45 и третий 15 элементы задержки, переключатеяь 16 направления движения (по илн против часовой стрелки), переключатель 17 номера цолуквадранта, элемент НЕ 18, два двувходовых элемента И 19 и 20, 59 элемент ИЛИ 21, элементы И 22 и 23, а также генератор 24 импульсов.

Переключатель 16 направления движения и переключатель 17 номера полуквадранта содержат по одному двухпозиционному пе- - 55 реключателю на три направления каждый.

Блок 4 вычисления разности (фнг. 3) состоит из комбинационного сумматора 25

U.+(Р-r j, если U, (о

1+1 U -I !

I если 0- )0

1140098 где =О, 1, 2, х1 1 хо х,, г,. — номер такта (шага) интерполяции; интерполяции; — начальная точка интерполяции; 5 — текущие содержимые йервого I и второго

9 накапливающих сумматоров, соответственно;

10 — текущие содержимые первого 5 и второго 11 счетчиков соатветственно; х,, у, — текущие координаты эллиптической интерполяции, задающие траекторию; р,y — длины большой и малой полуосей эллипса, 20 измеренные в шагах интерполяции;

1" 1;„ — оператор взятия целой части величины, находящейся в скобках. 25

Перед началом работы триггер 12 в блоке 2 управления должен быть сброшен в

"0", в первый S и второй 11 счетчики заносятся координаты начальной точки х и с( соответственно, а в первый 1 и второй 9 30 накапливающие сумматоры R и — — г ) г соответственно. Кроме того, в первый 7 и второй 8 регистры заносятся величины -г н (й- 1 соответственно.

В дальнейшем интерполятор работает по тактам, начиная после появления сигнала

"Пуск", поступающего на элемент 13 задержки и через элемент ИЛИ 21 на выход блока

2 управления.

Запускается первый коммутатор 3, кото- 40 рый подсуммирует к содержимому первого накапливающего сумматора 1 величину

2(г -х )+ 2, получаемую на блоке 4 вычисления разности. На этом заканчивается подготовка начального значения Ё

Спустя некоторое время, задаваемое элементом 13 задержки (Т. >, t, „), сигнал "Пуск" появляется на входе 5 триггера 12 и, устанавливая его в "1 ", разрешает прохождение первого и последую- 50 щих импульсов от генератора 24 импульсов на входы первого 22 н второго 23 элементов И.

Допустим необходимо воспроизвести дугу эллипса, находящуюся в первом полуквадранте (против часовой стрелки), В каждом такте сигналы, приходящие со знакового разряда первого сумматора 1 (F„40 или Е;< О), поступают через переключатель 16 направления движения,элементы И 22 и 23i в блок 5, а через элементы 14 и 15 задержки и переключатель 17 номера квадранта:первый и далее в блок 3.

Сигналы на втором выходе увеличивают на "1" содержимое второго счетчика и могут уменьшить на "1" содержимое первого счетчика в зависимости от знака содержимого первого сумматора 1 (если

Е,. >i О, то уменьшают на "1", если Е;(0 не изменяют).

Сигналы с первого выхода первого блока управления поступают на управляюший вход первого коммутатора 3, разрешая подсуммирование к содержимому первого сумматора 1 либо (-2 х;+„+ 1), либо (2г;,++1), либо 2(z;,— х, -)+2 по соответствующим входам. Этим производится корректировка оценочной функции 8;+„

Вычисление величины (z,, „- х,,„) производится с помощью блока 4 вычисления разности, а точнее, с номощью комбинационного сумматора 25. При этом на вход переноса младшего разряда подается "1", а умножение на два осушествляется за счет смещения влево на один разряд (разрядник) выходов при подключении сумматора 25 к первому коммутатору 3.

Импульс поступающий на вход первого счетчика 5, является выходным импульсом о выходу (координата х ) цифрового интерполятора, а такой же импульс на входе второго счетчика 11 проходит на выходе (координата ) интерполятора не во всякий такт, а только в случае„если элемент И б открыт. Он управляется знаком содержимого второго сумматора 9.

В каждом такте это содержимое обновляется под улрав лением первого 19 и второго 20 элементов И блока управления 2 в зависимости от сигнала по второму входу

9, поступающего на один иэ входов каждого иэ этих элементов либо непосредственно, либо через элемент НЕ 18. Таким образом, в конце каждого такта через второй коммутатор 10 к содержимому второго сумматора 9 подсуммируется либо из первого 7, либо " —" из второго 8 регистров. Содержимые этих регистров цоступают на входы второго коммутатора 10 и проходят через элементы И 26 и ИЛИ 28.

Количество тактов задается внешней схемой (не показана), которая в определенный момент (например, при достижении траекторией заданной точки на плоскости) выдает сигнал "Стоп". Он поступает на вход триггера 12, который, устанавливаясь в "0", запрещает дальнейшее прохождение импульсов

1140098 (тактов) с генератора 24 импульсов на все выходы блока 2 управления.

На фиг. 5 дана временная диаграмма работы интерполятора (при движении против часовой стрелки в, первом полуквадранте первого квадранта) для конкретно.о выполнения при й= 13, = 7, х 11 и «,=О. г

Методическая погрешность цифровой эллин- 1О твческой интерполяции, как видно из траектории движения рабочего органа для случая R= 11, =7 (фиг. 6), не превышает одного шага интерполяции.

Цифровой интерполятор может быть построен на интегральных микросхемах, в том числе в виде СИС и БИС.

Использование предлагаемого цифрового ннтерполятора позволяет по сравнению с базовым объектом, в качестве которого выбран прототип, ускорять, например, построение аксонометрических и изометрических видов круглых деталей в 2,7 — 3;0 раза, в целом ускоряя процесс построения чертежей на 20 — 25%.

В случае использования станков с программным управлением аналогично повышается нх производительность.

1140098

Ем

1140098

Луслmen

1140098 меосе

Составитель И. Швец

Теяред С. Иигунова Корректор В. Вутяга

Редактор Л. Пчелинская

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 263/37 Тираж Зб3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитет» СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5