Аппроксимирующий функциональный преобразователь

 

АППРОКСИМИРУЮЩИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий реверсивный счетчик, первый и второй счетчики, первый управляемый делитель частоты, первую, вторую и третью группы импульснр-потенциальных элет ментов И, первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый коммутатор, перйый импульсный сумматор и импульсный вычитатель, первый вход и выход которого подключены соответственно к входу преобразователя и счетному входу первого счетчика, разрядные выходы которого подключены к импульсным входам импульсно-потенциальных элементов И первой группы, выходы которых подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом импульсного вычитателя , выходы импульсно-потенциальных Элементов И второй группы соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого импульсного сумматора. выход которого соединен с первым информационным входом первого коммутатора , выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика , разрядные выходы второго счетчика подключены к импульсньтм входам импульсно-потенциальных элементов И третьей группы, выходы которого соединены с входами третьего элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет дополнитедь-. ного вычисления функций т,) (Л методом кусочно-нелинейной аппроксимации , в него введены второй импульсный сумматор, дешифратор, блок памяти , второй управляемый делитель частоты , счетчик результата, второй и третий коммутаторы к третий счетчик, счетный вход которого соединен с пера вым входом вычитателя и вторым входом о м со первого импульсного сумматора,разрядные выходы третьего счетчика соединен ны с потенциальными входами импульсВо-потенциальных элементов И первой группы, причем к импульсному входу 1-го элемента И первой группы подключен выход (i+D-ro разряда первого сг1етчика, к потенциальному входу того же элемента И первой группы подкгаочен выход (п-О-го разряда третьегосчетчика (где п - разрядность счетчиков, i 0,1..., W -1) , разрядные выходы третьего счетчика подключены к импульсным входам импульсно-потенциальных элементов И второй группы, потенциальные входы которых подключены

„„ЯК„1! 6043

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК .

4(5й) G 06 F 15/31

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

„ " е++) „>+ье+ — "„)

1 (21) 3669575/24-24 (22) 02. 12, 83 (46) 07. 06. 85. Бюл. и - 21 (72) К.А. Глущенко, В, Б. Дудыкевич, И.В. Маслий, В. И. Отенко и З,М.Стрилецкий (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 681. 325 (088. 8) (56) 1. Данчеев В.П. Цифрочастотные вычислительные устройства. М., "Энергия", 1976, с. 45.

2. Авторское свидетельство СССР

У 807285, кл. G Об F 7/62, 1979 (прототип). (54)(57) АППРОКСИМИРУЮЩИЙ ФУНКЦИОНАЩНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий реверснвный счетчик, первый и второй счетчики, первый управляемый делитель частоты, первую, вторую и третью группы импульсно-потенциальных элементов И, первыйр второй и третий элементы ИЛИ, первый коммутатор, первый импульсный сумматор и импульс" ный вычитатель, первый вход и выход которого подключены соответственно к входу преобразователя и счетному входу первого счетчика, разрядные выходы которого подключены к импульсным входам импульсно-потенциальных элементов И первой группы, выходы которых подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с.вторым входом импульсного вычитателя, выходы импульсно-потенциаль-. ных элементов И второй группы соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого импульсного сумматора, выход которого соединен с первым информационным входом первого коммутатора, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы второго счетчика подключены к импульсным входам импульсно-потенциальных элементов И третьей группы, выходы которого соединены с входами третьего элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет дополнитель- . ного вычисления функций ме тодом кусочно-нелинейной аппроксимации, в него введены второй импульсный сумматор, дешифратор, блок памяти, второй управляемый делитель частоты, счетчик результата, второй и третий коммутаторы и третий счетчик, lhhsh счетный вход которого соединен с первым входом вычитателя и вторым входом фЪ первого импульсного сумматора, разряд- („ ные выходы третьего .счетчика соедине ффь, ны с потенциальными входами импульс- ©ф . но-потенциальных элементов И первой группы, причем к импульсному входу

1-ro элемента И первой группы подключен выход (i+1)-го разряда первого счетчика, к потенциальному входу того ке елемевга И первой группы попклпвек ф выход (n- i)-ro разряда третьего .счетчика (где n - -разрядность счетчиков, 10,1,..., И -1), разрядные выходы третьего счетчика подключены к импульсным входам импульсно-потенциальных элементов И.второй группы, потенциальные входы которых подключены

1160430 к разрядным выходам первого счетчика

Ф причем к импульсному входу i-го элемента И второй группы подключен выход (n-i) -.ro разряда третьего счетчика, к потенциальному входу того же элемента И второй группы подключен выход (+1)-ro разряда первого счетчика, выход импульсного вычитателя соединен с первым информационным входом второго коммутатора, к второму информационному входу которого подключен выход первого коммутатора, к третьему информационному входу второго коммутатора подключен выход импульсного вычитателя, выход второго коммутатора соединен с информационным входом первого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с счетным входом счетчика результата, первый, вход второго импульсного сумматора подключен к выходу третьего элемента ИЛИ и .к второму информационному входу первого коммутатора, второй вход второго импульсного сумматора подключен к входу преобразователя, . выход второго импульсного сумматора подключен к первому информационному входу третьего коммутатора, второй

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измеритеЛьной технике и может быть использовано в качестве специализированного вычислителя, в ходяще ro в со с тав ус тройств автоматики, управления и контроля, а также для функционального преобразователя импульсных последовательностей, в частности для линеаризации характеристик частотных датчиков.

Известно устройство для воспроизведения степенной функции, содержащее две цепочки двоичных умножителей, регистр и реверсивный счетчик j1).

Недостатками этого устройства являются узкий класс решаемых задач, а также черезмерная зависимость аппаратурных затрат от значения показателя степени, приводящая к усложнению схемы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является информационный вход которого подключен к выходу первого импульсного сумматора, выход третьего коммутатора. соединен с информационным входом второго управляемого делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы реверсивного счетчика соединены с потенциальными входами импульсно-потенциальных элементов И третьей группы, причем к импульсному входу,1-го элемента И третьей группы подключеч выход (i -1)-го разряда второго счетчика, к потенциальному входу того же элемента И третьей группы подключен выход (и- 1)-ro разряда реверсивного счетчика, разрядные выходы третьего счетчика подключены к входам дешифратора, выходы. которого подключены к адресному, входу блока памяти, выходы групп разрядов с первой по шестую которого подключены к управляющим входам соответственно первого, второго, третьего коммутаторов реверсивного счетчика и первого и второго управляемых делителей частоты.

2 функциональный преобразователь числа импульсов в цифровой код, содержащий реверсивный счетчик, первый и второй счетчики, первую, вторую и третью группы импульсно-потенциальных элементов И, первый, второй и тре- тий элементы ИЛИ, первый и второй импульсные сумматоры-вычитатели,. делитель частоты, первый коммутатор, 1g блок управления, содержащий инвертор, формирователь импульсов и три

1 ключа, первые входы которых подключены к источнику питания, а вторые к шине нулевого потенциала, выход и первого ключа подключен к управляю1 щему входу первого коммутатора, выход второго ключа — к входу управления суммированием и через инвертор ко входу управления вычитанием реверсивного счетчика, вход форми- рователя импульсов соединен с входом блока управления, а выход формирователя к первому входу первого импульс3 ного сумматора-вычитателя, выход . которого соединен с входом .первого счетчика, разрядные выходы которого подключены к импульсным входам первой группы импульсно-потенциальных элементов И, выходы которой подклю-. чены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого импульсного сумматора вычитателя, выходы второй группы импульсно-потенциальных элементов И соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго импульсного сумматора-. вычитателя, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора, выход которого соединен с входом реверсивного счетчика, разрядные выходы второго счетчика подключены к импульсным входам третьей группы импульсно-потенциальных элементов И, выходы которой соединены с входами третьего элемента ИЛИ 2 3.

Недостатками известного устройства являются узкий класс решаемых задач, обусловленный невозможностью воспроизведения функции вида

gn(I+-) и y = — Enon(1+-), тп+Х х х

1 K.. tA 3 2 К

Ф где К1 и к2 — коэффициент преобразования и невозможность воспроизведения функций методом аппроксимации.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет воэможности дополнительного вычисле, ния функций р + (x 1. в (х у -„65 f+ — ): 7 = — fn 9n I+— методом кусочно-нелинейной аппроксимации.„

Поставленная цель достигается тем, что в аппроксимирующий функциональный преобразователь, содержащий реверсивный счетчик, первый и второй счетчики, первый управляемый делитель частоты, первую, вторую, третью группы импульсно-потенциальных элементов И, первый, второй и третий элементы ИЛИ,. первый коммутатор, первый импульсный сумматор . и импульсный вычитатель, первый вход и выход которого подключены соответственно к входу преобразователя и счетному входу первого счетчика, разрядные выходы которого ,подключены к импульсным входам им-:

1!60430 . 4 пульсно-потенциальных элементов И первой группы, выходы которых подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен

S с вторым входом импульсного вычитателя, выходы импульсно-потенциальных элементов И второй группы соеди.нены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому

© . входу первого импульсного сумматора, выход которого соединен с первым информационным входом первого коммутатора, выход которого соединен с счетным входом реверсивного счетчика, разрядные выходы второго счетчика подключены к импульсным входам импульсно-потенциальных элементов И третьей группы, выходы которых соединены с входами гретьего элемента ИЛИ, дополнительно введены второй. импульсный сумматор, деши,фратор, блок памяти, второй управляемый делитель частоты, счетчик результата, второй и третий коммутато23 ры, третий счетчик, счетный вход которого соединен с первым входом вычитателя и вторым входом первого импульсного сумматора, разрядные выходы третьего счетчика соединены с потен-. циальными входами импульсно-потенциальных элементов И первой группы, причем к импульсному входу i -ro элемента И йервой группы подключен выход (+1)-го разряда первого счетчика, к потенциальному входу того же

35 элемента И первой группы подключен выход (п- i)-го разряда третьего счетчика (где n — разрядность счетчиков, i 0, 1,..., n -I), разрядные выходы третьего счетчика- подключены к им40 пульсным, входам импульсно-потенциальных элементов И второй группы, потенциальные входы которых подключены к разрядным выходам первого счетчика, причем к импульсному входу I-го эле45 мента И второй группы подключен выход (n - I)-ro разряда третьего счетчика, к потенциальному входу того же элемента И второй группы подключен выход (i+1)-ro разряда первого счетчика, выход импульсного вычитателя соединен с первым информационным входом второго коммутатора,к второму информационному.входу которого подключен выход первого коммутатора, к третьему

5$ информационному входу второго коммутатора подключен выход импульсного вычитателя, выход второго коммутатора соединен с информационным входом пер 1160430 вого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с счетным входом счетчика результата, первый вход второго импульсного сумматора подключен к выходу третьего элемен- S та ИЛИ и к второму информационному входу первого коммутатора, второй вход второго импульсного сумматора .подключен к входу преобразователя,,выход второго импульсного сумматора подключен к первому информационному входу третьего коммутатора, второй информационный вход которого подклю-. чен к выходу первого импульсного сумматора, выход третьего коммутатора соединен с информационным входом второго управляемого делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, разрядые выходы реверсивного счетчика соединены с потенциальными входами импульснопотенциальных элементов И третьей группы, причем к импульсному входу

i-ro элемента И третьей группы подключен выход (i +1)-ro разряда второго

5 счетчика, к потенциальному входу того же элемента И третьей группы подключен выход (и- i)-ro разряда реверсивного счетчика, разрядные выходы третьего счетчика подключены к входам ЗО дешифратора, выходы которого подключены к адресному входу блока памяти, выходы групп разрядов с первой по шестую которого подключены к управляющим входам соответственно первого gg второго, третьего коммутаторов реверсивного счетчика и первого и второго управляемых делителей частоты, На фиг. 1 дана структурная схема цифрового функционального преобразова10 теля; на фйг. 2 — вариант выполнения импульсного сумматора, на фиг. 3 — . вариант выполнения импульсного вычитателя и временные диаграммы, поясняющие его работу. 45

Цифровой функциональный преобразователь содержит вход 1, дешифратор 2, . блок 3 памяти, счетчик 4 результата, управляемые делители 5 и 6 частоты, информационный вход 7 реверсивного . So счетчика 8, счетчики 9 — 11, группы импульсно-потенциальных элемен-. тов И 12 — 14, элементы ИЛИ 15 — 17, импульсный .вычитатель 18 свходами 19, 20 и выходом 21, импульсный сумматор 22 с входами 23 и 24 и выходом 25. импульсный сумматор 26 с входами 27, и 28 и выходом 29, коммутатор 30 с входами 31 и 32, коммутатор 33 с входами 34 и 35, коммутатор 36 с входами 37 — 39.

Вариант выполнения схемы импульсного сумматора (фиг. 2) содержит элемент ИЛИ 40 и элемент. задержки 41.

Вариант выполнения схемы импульсного вычитателя (фиг. 3) содержит триггер 42 и элемент ИЛИ 43, Элемент 41 задержки исключает возможность совпадения импульсов импульс. ных последовательностей, поступающих нз вход схемы (фиг. 2). Работа схемы вычитания подробно иллюстрируется временными диаграммами (фиг. 3).

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

Импульсная входная последовательность Х, поступающая на вход 1 преобразователя,формирует текущее значение Х числа в счетчике 9. Код этого числа поступает на входы дешифратора .2, с помощью которого определяются узлы аппроксимации. Код, соответствующий узлам аппроксимации, с выходам дешифратора 2 поступает на адресные входы блока 3 памяти, в ячейках которого хранятся значения коэффициентов деления делителей 5 и 6 частоты и информация о режимах работы коммутаторов 30, 33 и 36 и реверсивного счетчика 8. Пусть для определенности на произвольном участке. аппроксимации сигналом с выходов блока 3 памяти коммутатор 30 переключен в такое положение, что импульсная последовательность на выход коммутатора поступает с входа 31, коммутатор 33 переключен в такое положение, что импульсная последовательность на его выход поступает с входа 35, коммутатор 36 переключен в такое положение, что импульсная последовательность на его выход поступает с входа 39. Сигналами с выходов блока памяти установлены коэффициенты деления К„ и К управляемых делителей 5 и 6 частоты соответственно.

Счетчик 9 с помощью разрядных выходов управляет двоичным умножителем частоты, состоящим из счетчика 10, группы элементов И 12 и элемента ИЛИ 15. Приращение dy импульсной последовательности у, поступающей на вход счетчика 10 с выхода 21 вычитателя 18, вызывает на выходе элемен та ИЛИ 15 приращение dz импульсной

I последовательности

1160430

Приращение dy импульсной последовательности у определяется разностью приращений dx u dz импульсных после.довательностей х и z, т.е..

)2x d 9

)п+ х (2)

Проинтегрировав (2) с учетом пре- !О делов интегрирования, получим текущее значение числа в счетчике 10 е+ — ") (з) м !

Счетчик 10 управляет двоичным

15 умножителем частоты, образованным счетчиком 9, группой элементов И 13 и элементом ИЛИ 16. Приращение dx входной последовательности х, поступающей на вход .счетчика 9 с выхода . блока 2, вызывает на выходе элемента ИЛИ 16 приращение dd импульсной последовательности Ы„ определяемое с учетом (3) выражением

Х

25 ,),.2. .— ),) . (1)

Приращение dp импульсной последовательности. р на выходе 25 сумматора 22

2id X (Фбх) gp

На различных участках аппроксимации с помощью блока 3 памяти могут задаваться разные значения коэффициента К2 и тем самым изменяться наклон аппроксимирующей функции (13). .,Управляя с помощью блока 3 памяти коммутатором 36, на вход счетчика 4 можно подавать разные импульсные по-следовательности:, в, у и, следовательно, подбирать функцию, лучше других приближающую заданную зависимость на данном участке аппроксимации.

d2=Êd ; К= — „",, (1) где rn — коэффициент пересчета счетчиков 9 и 10.

dP = d (2(+ dx . (5)

Импульсная последовательность ф подается через коммутатор 30 на вход счетчика 8, устанавливаемого перед началом преобразования в нулевое состояние.

Проинтегрировав (S) с учетом (4) и пределов ин кегрирования, получим текущее значение числа а в счетчике 8, работающем в режиме вычитания

lb=n (m.x)1пж .. (и) и

Счетчик 11, группа элементов И 14. и элемент ИЛИ 17 образует двичный умножитель частоты, управляемый. счетчиком 8., 45

Поэтому приращение dd"èìïóëüñíîé последовательности d" на выходе элемента 17, вызванное приращением импульсной последовательности 2г, поступающей на вход счетчика 11, определяется из выражения и-(и x)2n (1x — ) х

d3 - „dj 71 55

Импульсная последовательность д" вызывается импульсной последователь;костью ), поступающей с выхода 29 сумматора 26 через коммутатор 33 иа вход. делителя 5. Поэтому справедлив1: следующее соотношение между приращением Ят импульсной последовательност11 г и приращением of4 импульсной последовательности

d4

3" к, (8) где К, — коэффициент деления делителя 6.

Кроме того, du = dx + dd". (9)

Следовательно,из (7), с учетом (8) и (9), получим

С 2ndх

k -n (тпп))п(1п — X I

1 )22

При К=1 выражение (10) принимает вид

Проинтегрировав (11) с учетом пределов интегрирования, получаем

) *п(п Рп )2п — ) (12) Таким образом, предлагаемый функциональный преобразователь позволяет одновременно вычислить функции

yrnev(1+ф) и у= и tnen(1+ ).

Кроме того, импульсная последовательность через коммутатор 36 и делитель 6 частоты с коэффициентом деления К2 поступает на счетчик 6, формируя в нем результат преобразования

22 °" )п()п — "} . (пп) 2

1160430

Отсюда 1+Х

« =«(1+" ) 10 (14) Ь 1+ — „, dx+dx

Ф (46!

На другом участке аппроксимации коммутатор 33 пропускает на свой выход с входа 34 импульсную последова.тельность ф, поступающую с выхода 25 сумматора 22, а коммутатор 30 пронускает на свой выход импульсную последовательность, поступающую .с входа 32.

Тогда

1 или, с учетом (4) и (5) Проигтегрировав (l5) с учетом пределов инте грировайия,определим текущее значение числа в счетчике .11

1.«й«(+ — ) ° (

Тогда где д" - текущее значение числа в счет-ЗО чике 8.

Знаки "+" в выражении (17) соответствуют работе счетчика 8 в режиме суммирования, а знак "-" — в режиме вычитания.

3S

Принимая во внимание (15) и (17), В предлагаемом преобразователе по сравнению с известным существенно расширен класс решаемых задач и функциональные возможности за счет воэI можности дополнительного вычисления функций

Ь 1+ — и ф = — tn )! n 1+

Кроме того, предлагаемый преобразователь обладает значительно большими функциональными в6зможностями, чем. известный,за счет обеспечения воэможцости воспроизведения функций методом кусочно-нелинейной аппроксимации. При этом на различных участках аппроксимации приближение может осуществлять" ся разными функциями у, р, у„, у и сС

m (x 1 п-(m+x)Pn(1+x/ю)

2 что позволяет более точно воспроизводить функцию. .Указанные преимущества получены практически без.усложнения устройства, так как вновь введенные элементы не сложнее исключенных.

1160430

Фиг. 2

Фиг,3

Составитель А. Зорин

Редактор Г. Волкова Техред Ж. Кастелевич Корректор О. Тигор

Заказ 3780/4? Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по .делам изобретений-и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4