Устройство для интегрирования функций

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ФУНКЦИЙ, содержащее бистабильную запоминающую электронно-лучевую трубку , к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока кадровой развертки, мишень подключена квходу усилителя импульсов и через первьш токоограничивающий резистор соединена с вшной нулевого потен1щала, а коллектор через второй токоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства и первым вьгаодом резистора переменного сопротивления, второй вьшод которого подключен к шине нулевого потенциала, а средний вьшод - к первому входу компаратора И через первый разделительный диод к вертикальньм отклоняющим пластинам , соединенным через второй разделительный диод с первым выходом блока строчной развертки, подключенным к второму входу компаратора, второй выход блока строчной развертки через формирователь импульсов . . соединен с входами счетчика координаты и счетчика интервала, выходы которых через триггер разрешения подключены к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к первому входу триггера широтно-импульсной модуляции, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и расширения класса решаемых задач, в него введены генератор тактовых импульсов , второй и третий элементы И, счетчик абсциссы, счетчик ординаты, сумматор, блок деления, блок умножения , блок индикации, регистр последовательного типа и многопозицион ный переключатель, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, второй вход второго элемента И и пцрвюЧ вход сумматора подключены к выходу триггера широтно-импульсной модуляции , а-второй вход третьего элеменСП та И и вход разрешения блока деления оэ ; подключены к выходу-триггера разре00 00 К) шения , выход второго элемента И через счетчик ординаты соединен с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с вторым выходом счетчика интервала , соединенного входом разрешения с выходом счетчика координаты, выход блока деления подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом счетчика абсциссы, входом подключенного к выходу третьего элемен

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1153332 A

4(5!) G 06 G 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHO5hV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ФУНКЦИЙ, содержащее бистабильную запоминающую электронно-лучевую трубку; к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока кадровой развертки, мишень подключена к входу усилителя импульсов и через первый токоограничивающий резистор .соединена с шиной нулевого потенциала, а коллектор через второй токоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства и первым выводом резистора переменного сопротивления, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, а средний вывод — к первому входу компаратора и через первый разделительный диод— к вертикальным отклоняющим пластинам, соединенным через второй разделительныи диод с первым выходом блока строчной развертки, подключенным к второму входу компаратора, второй выход блбка строчной развертки через формирователь импульсов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3627913/24-24 (22) 21.07. 83 (46) 30.04. 85. Бюл. У 16 (72) В.В. Кулемза, В.В. Леонтьева и B.Н. Свитенко (71) Харьковский ордена Трудового

Красного Знамени институт радиоэлектроники им. акад. N.Ê, Янгеля (53) 681.335 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 226963, кл. G 06 G 7/18; 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 983718, кл. G 06 С 7/18, 1981 (прототип). соединен с входами счетчика координаты и счетчика интервала, выходы которых через триггер разрешения подключены к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к первому входу триггера широтно-импульсной модуляции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения класса решаемых задач, в него введены генератор тактовых импульсов, второй и третий элементы И, счетчик абсциссы, счетчик ординаты, сумматор, блок деления, блок умножения, блок индикации, регистр после- Я довательного типа и многопозиционный переключатель, причем выход генератора тактовых импульсов- соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, второй вход второго элемента И и первый вход сумматора подключены к выходу триггера широтно-импульсной модуляции, а второй вход третьего элемента И и вход разрешения блока деления подключены к выходу. триггера разрешения, выход второго элемента И через счетчик ординаты соединен с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй вход которбго соединен с вторым выходом счетчика интервала, соединенного входом разрешения с выходом счетчика координаты, выход блока деления подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом счетчика абсциссы, входом подключенного к выходу третьего элемен1 t 53332

25 та И, выход блока умножения связан с входом блока индикации, а второй вход триггера широтно-импульсной модуляции через многопозиционный пеИзобретение относится к вычисли-— тельной технике и предназначено для определения интеграла нескольких функций.

Известно устройство для интегрирования .функций, содержащее бистабильную запоминающую трубку и известные блоки строчной и кадровой

-развертки, триггер широтно-импульсной модуляции, усилитель считан10 ного сигнала, усилитель постоянно-. го тока и т.д. Устройство позволяет определять интеграл исследуемой функции как величину изменения тока в цепи сигнальной пластины

15 (мишени) запоминающей электроннолучевой трубки (ЗЭЛТ) при зачерчивании считывающим лучом поверхности мишени, ограниченной потенциальным рельефом записанной функции(1J..

К недостаткам устройства следует отнести, во-первых, невозможность реализации интегрирования функций в требуемых пределах и с достаточной точностью, в связи с тем что сканирование поверхности мишени считывающим лучом осуществляется от "минус бесконечности" до

"плюс бесконечности" по обеим координатным осям, считая, что начало координат, в которых изображена интегрируемая функция, совпадает с центром мишени ЗЭЛТ; во-вторых, неспособность данного устройства производить интегрирование нескольких функций, так как. результирующее изменение тока мишени при зачерчивании ее поверхности считывающим лучом неадекватно сумме интегралов исследуемых функций. Кроме того, 40 невозможно вычислить интеграл каждой из нескольких функций в отдельности.

Ф

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 45 устроиство для интегрирования функреключатель соединен с выходом ре гистра последовательного типа, подключенного входом к выходу усилителя импульсов. ций, содержащее бистабильную, запоминающую электроннолучевую трубку, к модулирующему электроду записывающего электронного прожектора которой подключен выход триггера широтно-импульсной модуляции, к горизонтально отклоняющим пластинам подключен выход блока кадровой развертки, мишень соединена через первый токоограничивающий резистор с шиной нулевого потенциала и подключена к входу усилителя считанного сигнала, выход которого соединен с первым входом триггера широтно-импульсной модуляции, а калпектор через второй токоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства и подключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого является информационным выходом устройства и входом усилителя обратной связи, первый выход которого соединен с катодом воспроизводящего прожектора, а второй выход соединен с мишенью, формирователь импульсов, выход Ко торого подключен к входам счетчика координаты и счетчика интервала, элемент И и триггер разрешения, выходом соединенный с первым входом элемента И, а входами - с выходом счетчика координаты и с выходом счетчика интервала, вход формирователя импульсов соединен с первым выходом блока строчной развертки, кроме того, компаратор и два разделительных диода, причем один из выводов переменного резистора подключен к входу питания, второй соединен с шиной нулевого потенциала, а средний вывод подключен к первому входу компаратора и через первый разделительный диод - к вертикально отклоняющим пластинам бистабильной запоминающей электроннолучевой трубки, а выход через элемент И соединен с вторым вхо1153332 4

Цель изобретения — повышение точности и расширение класса решаемых задач.

Поставленная цель достигается . тем, что в устройство для интегрирования функций, содержащее бистабильную запоминающую электроннолучевую трубку, к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока кадровой развертки,. мишень подключена к входу усилителя импульсов и через первый токоограничивающий резистор соединена с шиной нулевого потенциала, а коллектор через второй токоограничивающий резистор соединен с входом питания устройства и первым выводом резистора переменного сопротивления, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, а средний вывод — к первому входу компаратора и через первый раздели- 45 тельный диод — к вертикальным отклоняющим пластинам, соединенным через второй разделительный диод с первым выходом блока строчной развертки, подключенным к второму входу компа- 50 ратора, второй выход блока строчной развертки через формирователь импульсов соединен с входами счетчика координаты и счетчика интервала, выходы которых через триггер 55 разрешения подключены к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом дом триггера широтно-.импульсной модуляции.

Данное устройство характеризуется высокой точностью интегрирования функций за счет введения уровня компарации, ограничивающего площадь интегрирования исследуемых функций по оси У 2 j.

Однако описанное устройство не приспособлено для вычисления интегралов нескольких функций, поскольку невозможно в аналоговой форме определить долю изменения тока мишени ЗЭЛТ при интегрировании каждой из имеющихся нескольких кривых, так как устройство регистрирует только общее изменение тока мишени ЗЭЛТ, а в случае интегрирования нескольких функций это изменение тока даже неадекватно сумме площадей под линиями функций, т.е. неадекватно сумме интегралов функций.

f5

40 компаратора, а выход подключен к .первому входу триггера широтно-импульсной модуляции, введены генератор тактовых импульсов, второй и третий элементы И, счетчик абсциссы, счетчик ординаты, сумматор, блок деления, блок умножения, блок индикации,регистр последовательного типа и многопозиционный переключатель, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первьпчи входами второго и третьего элементов И,второй вход второго элемента И и первый вход сумматора подключены к выходу триггера широтно"импульсной модуляции, а второй вход третьего элемента И и вход разрешения блока деления подключены к выходу триггера разрешения, выход второго элемента И через счетчик ординаты соединен с вторым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с вторым выходом счетчик интервала, соединенного входом разрешения с выходом счетчика координаты, выход блока деления подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом счетчика абсциссы, входом подключенного к выходу третьего элемента И, выход блока умножения связан с входом блока индикации, а второй вход триггера широтно-импульсной модуляции через многопозиционный переключатель соединен с выходом регистра последовательного типа, подключенного входом к выходу усилителя импульсов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит бистабильную ЗЭЛТ 1 к горизонтальным отклоняющим пластинам которой подключен выход блока 2 кадровой развертки, мишень соединена через первый токоограничивающий резистор 3 с шиной нулевого потенциала и подключена к входу усилителя 4 импульсов считанного сигнала, а коллектор чеpcs второй токоограничивающий резистор 5 соединен с входом 6 питания устройства и подключен через резистор 7 переменного сопротивления к первому входу компаратора 8 и че рез первый разделительньй диод 9 к вертикальным отклоняющим пластинам, 1153332 к которым через второй разделительный диод 10 подключен первый выход блока l! строчной развертки, который соединен с вторым входом компаратора 8, причем второй выход блока 11 5 строчной развертки соединен с входом формирователя 12 импульсов, выход . которого подключен к входам счетчика 13 координаты и счетчика 14 интервала., при этом выход счетчика "f3 координаты подключен к первому входу триггера 15 разрешения, к второму входу последнего подключен выход счетчика 14 интервала, а выход триггера 15 соединен с первым входом f5 первого элемента И 16, второй вход которого подключен к выходу компаратора 8, а выход — к первому входу триггера 17 широтно-импульсной модуляции, генератор 18 тактовых импуль— сов, второй элемент И 19 и третий элемент И 20, счетчик 21 абсциссы, счетчик 22 ординаты, сумматор 23, блок 24 деления, блок 25 умножения, блок 2б индикации, регистр 27 последовательного типа и многопозиционный переключатель 28, причем выход генератора 18 тактовых импульсов соединен с объединенными первыми входами второго элемен- 30 та И 19 и третьего элемента И 20, второй вход второго элемента И 19 и первый вход сумматора 23 подключен к выходу триггера 17 широтноимпульсной модуляции, а второй З1 вход третьего элемента И 20 и первый вход блока 24. деления подключены к выходу триггера 15 разрешения, при этом к выходу второго элемента И 19 подключен вход счетчика 22 ординаты, выход которого соединен с входом сумматора 23, выход последнего соединен с вторым входом блока 24 деления, входом подключенного к второму выходу счетчика 14 интервала, второй вход которого соединен с выходом счетчика 13 координаты, а выход блока 24 деления соединен с первым входом блока 25 умножения, другой вход последнего соединен с выходом счетчика 21 абсциссы, вход которого соединен с выходом третьего элемента И 20, выход блока 25 умножения подключен к входу блока 2б индикации, а вход триггера 17 широтноимпульсной модуляции подключен к выходу переключателя 28, вход которого соединен с выходом регистра 27, подключенного входом к выходу усилителя 4 импульсов считанного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

В режиме записи производится запись исследуемых функций на мишени

ЗЭЛТ 1, в результате чего на мишени

ЗЭЛТ образуется потенциальный рельеф нескольких функций, подлежащих исследованию.

В режиме воспроизведения перед началом считывания упомянутого потенциального рельефа производится запись в цифровой форме координаты нижнего предела интегрирования в счетчик 13 координаты и величины интервала интегрирования в счетчик

14 .интервала. Затем оператор устанавливает необходимую величину смещения по оси Y (начальный горизонтальный уровень отсчета) с помощью резистора переменного сопротивления.

Ноложение начального горизонтального уровня отсчета определяется визуально путем установки луча в нужной точке отсчета по шкале на экране ЗЭЛТ 1. При этом постоянное напряжение смещения через диод

9 подается на вертикально отклоняющие пластины ЗЭЛТ 1, фиксируя начальное положение считывающего луча в нужной точке, и на первый вход компаратора 8. Кроме того, оператор устанавливает многопозиционный переключатель 28 в такое положение, при котором с выхода регистра

27 на вход триггера t7 широтноимпульсной модуляции поступают только импульсы-отметки, полученные при пересечении потенциального рельефа одной из всего множества исследуемых функций.

Вычисление интеграла начинается с момента зпуска блока ff строчной развертки и блока 2 кадровой развертки. Импульсы, соответствующие началу строк блока 11 строчной развертки, через формирователь 12 поступают на входы счетчиков 13 и

14, а пилообразное напряжение строчной развертки с второго выхода блока ff строчной развертки поступает на второй вход компаратора 8 и через диод 10 — на вертикально отклоняющие пластины ЗЭЛТ, при этом ш оисходит счет импульсов счетчиком

1153332

13 координаты, а также формирование на выходе компаратора 8 импульса, временное положение которого соответствует моменту равенства пилообразного напряжения и напряже- 5 ния постоянного смещения на входах компаратора. Этот момент соответствует начальному горизонтальному уровню отсчета — уровню компарации.

Импульс с выхода компаратора 8 10 поступает на второй вход элемен- та И 16, первый вход которого соединен с выходом триггера 15 разрешения.

Триггер 15 разрешения в исходном (нулевом) состоянии запирает элементы И 16, 20 по первым входам, при этом импульсы с выхода компаратора 8 не проходят на вход установки в единицу триггера 17 широтноимпульсной модуляции, а тактовые 20 импульсы с генератора 18 не поступают на вход счетчика 21 абсциссы.

Счетчик 21 не работает. Как только счетчик 13 координаты просчитает заданное количество импульсов, экви- 25 валентное координате нижнего предела интегрирования, сигнал с его выхода разрешает начало работы счетчика 14 интервала и одновременно устанавливает в единичное состояние З0 триггер 15 разрешения. При этом высокий единичный уровень выходного напряжения с выхода. триггера 15 разрешения открывает. по одному из входов элементы И 16, 20. В резуль35 тате элемент И 20 разрешает прохождение счетных импульсов с генератора 18 на вход счетчика 21 абсциссы, а элемент И 16 пропускает на вход установки в единицу триггера 17 широтно-импульсной модуляции импульс, соответствующии уровню компарации с выхода компаратора 8.

Этот импульс устанавливают в единицу триггер 17 широтно-импульсной 4 модуляции, последний открывает элемент И 19 для прохождения счетных импульсов с выхода генератора 18 на вход счетчика 22 ординаты. !

В счетчике 22 ординаты начинает формироваться число, соответствующее мгновенному значению ординаты исследуемой функции. Счетчик 22 ординаты останавливается в момент, когда на нулевой вход триггера 17 широтно-импульсной модуляции поступает импульс-отметка с выхода усилителя импульсов считанного сигнала, формируемый при пересечении считывающим лучом потенциального рельефа исследуемых функций.

Поскольку на мишени ЗЭЛТ 1 записаны сразу несколько функций, то при. считывании потенциального рельефа

Формируется несколько импульсовотметок, которые поступают на усилитель 4 импульсов, где усиливаются и нормируются.

С выхода усилителя 4 импульсный сигнал, представляющий собой серию импульсов-отметок, поступает на вход регистра 27 последовательного типа.

Как отмечалось ранее, перед началом считывания потенциального рельефа оператор устанавливает переключатель 28 в определенное положение, например, при котором импульсотметка, полученный при пересечении первой исследуемой функциональной зависимости, поступает в первый разряд регистра, устанавливает его в единичное состояние, сигнал с выхода первого разряда регистра поступает через переключатель 28, который в данном случае подключен к выходу первого разряда регистра, на вход установки в нуль триггера 17.

Импульс-отметка устанавливает триггер 17 широтно-импульсной модуляции в нулевое состояние, последний запирает элемент И 19, и в счетчике 22 ординаты п1 екращается счет, нри этом число, сформированное в этом счетчике, соответствует значению мгновенной ординаты исследуемой функции. Содержимое счетчика 22 ординаты переписывается в сумматор 23 задним фронтом сигнала с выхода триггера 17 широтно-импульсной модуляции. В сумматоре 23 hopмируется сумма мгновенных значений ординат в течение времени, заданного в счетчике 14 интервала.

В это же время в счетчике 21 абсциссы происходит формирование числа, представляющего сумму мгновенных значений абсцисс исследуемой функции. Счетчик 21 абсциссы останавливается в момент прекращения ра6оты счетчика 14 интервала. В это время триггер 15 разрешения устанавливается в нулевое состояние сигналом с выхода счетчика 14 интервала. Нижний уровень выходного наВНКИПИ Заказ 2506/40 Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4 пряжения триггера 15 разрешения закрывает элементы И 16, 20, что препятствует прохождению импульсов с выхода компаратора на вход уста— новки в единицу триггера 17 широтноимпульсной модуляции, а счетных импульсов. — с выхода генератора 18 на вход счетчика 21 абсциссы.

По заднему фронту сигнала с выхода триггера 15 разрешения содержимое сумматора переписывается в блок

24 деления, где происходит деление суммы мгновенных значений ординат на количество ординат (строк считывания), т,е. определяется среднее значение ординаты исследуемой функции. Количество ординат подсчитвается в счетчике 14 интервала и переписывается в блок 24 деления по окончании работы .счетчика 14 интервала задним фронтом сигнала с выхода триггера 15 разрешения.

Частное деление представляющее среднее значение ординаты,по окончании процесса деления поступает в блок 25 умножения, В блоке 25 чмножения перемножаются средняя ор53332 1Р дината исследуемой функции и абсцис. са, подсчитанная в счетчике 21 абсциссы, причем оба значения представлены в одном временном масштабе, так как формирование их произведено с помощью заполнения временных интервалов тактовыми импульсами одного и того же генератора.

На выходе блока умножения регист10 рируется число, равное площади фигуры под линией исследуемой функции, т.е. интегралу исследуемой функции. Величину этой площади отражает в цифровом виде блок индика15 ции.

Интегрирование. остальных кривых производится аналогично при изменении положения переключателя 28.

Конструкция предлагаемого уст30 ройства позволяет значительно расширить его функциональные возможности, а именно производить исследование процессов, отраженных несколькими функциональными зави25 симостями, повысить точность вычислений путем введения цифровоч обработки и цифровой индикации.