Многофункциональный преобразователь

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в устройствах,воспроизводящих нелинейные соотношения, например в системах управления манипуляторами . Цель изобретения - расширение класса реализуемых функций.. Преобразователь содержит блок управления , компаратор, коммутирующий блок, коммутатор, функциональный генератор , генератор линейных напряжений , аналоговый запоминающий блок. Блок управления, выполненный на логических элементах и счетчике с дешифраторам кода, представляет собой перепрограммируемый многотактовый генератор управляющих сигналов,которыми осуществляется необходимая коммутация элементов схемы между собой, .Преобразователь осуществляет тригонометрические преобразования, включая преобразование координат (разло (Л жение, поворот, построение вектора), а также операции умножения-деления, с сложения и их комбинации. По принципу действия относится к времяимпульсным вычислительным устройствам. 4 кл. S

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 дар 4 G 06 G 7/22, 7/12, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3882709/24-24 (22) 09.04.85 (46) 30. 10.86. Бюл. 1Ф 40 (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им. M.Â. Ломоносова (72) В.M. Буданов (53) 681.3 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 638977, кл. G 06 G 7/22, 1976.

Времяимпульсные вычислительные устройства. Под ред. В.Б. Смолова и Е.П. Угрюмова M.: Радио и связь, 1983, с. 277-279.. (54) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в устройствах,воспроизводящих нелинейные соотношения, например в системах управления манипуляторами. Цель изобретения — расширение класса реализуемых функций..

Преобразователь содержит блок управления, компаратор, коммутирующий блок, коммутатор, функциональный генератор, генератор линейных напряжений, аналоговый запоминающий блок.

Блок управления, выполненный на логических элементах и счетчике с дешифратором кода, представляет собой перепрограммируемый многотактовый генератор управляющих сигналов, которыми осуществляется необходимая коммутация элементов схемы между собой. . Преобразователь осуществляет тригонометрические преобразования, включая преобразование координат (разложение, поворот, построение вектора), а также операции умножения-деления, сложения и их комбинации. По принципу действия относится к времяимпульсным вычислительным устройствам. 4 ил.! 1267

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использована в вычислительных устройствах, воспроизводящих нелинейные соотношения, например, в системах управления манипуляторами.

Цель изобретения — расширение класса реализуемых функций и упрощение программирования работы преобразователя. !0

На фиг.1 представлена схема многофункционального преобразователя; на фиг.2 — блок управления; на фиг.3 — функциональный генератор; на фиг.4 - генератор линейного напряжения, на фиг.5 — схема работы устройства.

Преобразователь содержит блок управления 1, компаратор 2, коммутирую— щий блок 3, коммутатор 4, функциональный генератор 5, генератор 6 линейного напряжения, аналоговый запоминающий блок 7. Блок 1 управления содержит одновибраторы 8-10, триггер

11, счетчик 12, дешифратор 13 кода, р5 элементы И1И-НЕ 14 и 15, элемент

И 16,элемент И-НЕ 17, вход 18,инвертор 19, дифференцирующие элементы

20 и 21, элементы И 22 и 23, элемент ИЛИ-НЕ 24. Функциональный генератор 5 содержит интеграторы 25 и

26, инверторы 27-31, переключатели

32-35, ключи 36-41. Генератор 6 линейного напряжения содержит интегратор 42, переключатель 43, ключи 44 . и 45.

Преобразователь работает следующим образом.

Показания счетчика 12 определяют номер выполняемой операции. В саот- 40 ветствии с ними дешифратор 13 .када формирует на своих выходах совокупность управляющих напряжений, которыми задается необходимая коммутация элементов и блоков преобразователя, а также начальные условия на интеграторах 25, 26, 42. Выходные сигналы дешифратора кода, поступающие на входы элементов 14-17, 22, 23, определяют характер выполняемых преобразований (тригонометрические или арифметические), обеспечивают выдачу сигнала "Останов" по перепаду выходного напряжения компаратара 2 и организуют переход к первой операции после выполнения последней.

По сигналу "Начальные условия" ,(g=1) замыкаются ключи 36 и 37 и осуществляется запись начальных усло443 вий н генераторы, при этом в генератор 6 линейного напряжения в зависимости от сигнала b записывается нуль или отрицательное опорное напряжение U = -10 В. После этого ключи о

36 и 37 размыкаются, и по сигналу

"Решение" (S==1) замыкаются ключи 38 и 39 при выполнении арифметических, операций (р=1), или ключи 40 и 41 при выполнении тригонометрических преобразований (q=i). Генератор 6 при этом выдает линейно возрастающее напряжение. По соответствующему фронту на выходе компаратора 2 блок 1 управления выдает сигнал Останов (4=1) при котором осуществляется запись результатов в аналоговый запоминающий блок,При этом адреса элементов запоминающего блока определяются группой выходов f дешифратора 13 кода. Па окончании сигнала Останов" в зависимости ат напряжения на вторых входах элементов 15 и 17, показания счетчика 12 либо увеличиваются на единицу и выполняется следующая команда, либо счетчик обнуляется, и цикл команд повторяется.

Последовательность и число выполняемых операций, их характер, выбор аргументов определяются дешифратором 13 кода, который выполнен на микросхемах ПЗУ. В этом случае преобразователь легко перепрограммируется заменой дешифратора кода.

Рассмотрим подробно работу преобразователя при выполнении отдельных операций. При выполнении операций умножения-деления замкнуты кпючи

38 и 39, вход начальных условий генератора 6 соединен с шиной.+10В, Ц! П4 -Ug. Блок 1 управле ний выдает сигнал "Останов" по любому фронту на выходе компаратора. В этом случае где K K2 — коэффициенты передачи генератора 6 и интеграторов функционального генератора 5 по вторым входам i

При К =К, исключая время и опуская масштабирующий коэффициент 1/10 получают

1267443

П,Ч

Ц2Ч

Если на первый вход компаратора

2 подано напряжение U, а второй его вход соединен с V, то результатами преобразования будут Чэ=U, Ч,=U П;

Ч П П. Если второй вход компаратора

2 соединен с V, то результат преобразования будет следующим V

U UU — Ч = * . При этом должно вы<< <

< полняться единственное ограничение на аргументы /U/ / U, /, которое является вполне естественным.

Если второй вход компаратора соединен с Ч, аргументы U, U,,U

П независимы, то можно реализовать операции сложения-вычитания. В режиме решения тогда выполняются соотношения

Чэ = 10 + 10 Kt

= -U — UqKt

V =-U -UKt

При U = 0 в режиме останова получают V =-U--U V =-U-U

{ 1 э 2 2 4

Управление переключателями 32-35 позволяет получать любые знаки при аргументах.

Если в качестве начального условия в генератор 6 линейного напряжения записать нуль, то совмещается выполнение операций двухквадрантного умножения и сложения. При U > О результаты решения следующие V< -U -UU, V -U -UU

2 4

При выполнении тригонометрических преобразований в режиме решения замкнуты ключи 40 и 41. Блок 1 управления выдает сигнал "Останов" по возрастающему фронту на выходе компаратора 2, а на вход начальных условий интегратора 42 подается напряжение U = +10В. В этом случае функциональный генератор 5 превращается в известный тригонометрический генератор, в котором два интегратора и инвертор соединены в кольцо. Пусть на первый вход компаратора 2 подано напряжение U, а на входы начальных условий интеграторов 25 и 26 напряжения U,U соответственно.

Выражая, как и в случае выполнения арифметических операций, t через V> полагая, что коэффициенты передачи интеграторов 25 и 26 по первым входам равны К,. = 7i К, и выполняя необходимое масштабирование, получают в режиме выполнения тригонометрических преобразований реализа5 цию следующих зависимостей

V = U cos V — U san Ч

« э z э1

V U san Ч + U cos V .

< э

В соответствии с этими соотношениями можно выполнять различные преобразования в зависимости от аргументов и режима работы коммутатора 4.

Если U 10, U2 = О, а второй вход компаратора 2 соединен с V, то в режиме < Останов напряжения на выходах генераторов равны

20 Ч = U;

V, = cos U

V =sinU..

Если при тех же начальных условиях второй вход компаратора 2 соединен с V, то

V = arcsin U

V = cos (arcsin U =

30 .Бо-и*, Если U=O, второй вход компаратора 2 соединен с V, то реализуется преобразование плоских декартовых координат в полярные (фиг.5). Участ35 ки I, I I, I I I cooTBBтствуют режимам

"Начальные условия", "Решение", "Останов". При этом, если U<

r cos<, U2 = r sino ; r) О, то в режиме останова получают V = О, 40Ч 9

Чтобы получить угол с прямым знаком, нужно на вход начальных условий второго интегратора 26 подать -U2, при этом выбор знака зависит от уп45 равляющего сигнала на переключателе 32.

В таблице приведены характерные операции, котсрь<е могут быть выполнены преобразователем. В первой колонке указан вид операции,. во второй — соотношения между входными U

<- э 04 и ВыхОдными Ч1 Ч

V> величинами, а третьей — условия

55 выполнения операций в четвертой—

У сигнал на втором входе компаратора

2. При этом вход начальных условий генератора 6 соединяется с шиной

+10В, т.е. V,(o) = — 10, если не

12674

$ оговорено противное. Соотношения между входными и выходными величинами при выполнении преобразования декартовых координат в полярные (операция "Построение.") заданы в указан" ном виде, поскольку известное выражеЬ ние вида .V arctg — накладывает

Э U ограничения на V, в то время как предлагаемый преобразователь выполня- 10 ет эту операцию в полном диапазоне изменения полярного угла.

Формула из обретения

Многофункциональный преобразователь, содержащий блок управления, вход которого соединен с выходом компаратора, генератор линейного на- 20 пряжения, содержащий интегратор и первый ключ, через который вход интегратора соединен с шиной отрицательного опорного напряжения, функциональный генератор, содержащий 25 первый инвертор, первый и второй интеграторы и первый и второй ключи,,1 причем выход первого интегратора соединен с входом первого инвертора, выход которого через первый ключ сое- 30 динен с первым информационным входом второго интегратора, выход которого через второй ключ соединен с первым информационным входом первого интегратора, и аналоговый запоминающий блок, при этом блок управления содержит три одновибратора, триггер и три элемента И, инверсный выход первого одновибратора соединен с единичным входом триггера, прямой выход

40 которого через второй одновибратор соединен с входом третьего одновибратора, прямой выход которого соединен с входом первого одновибратора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса реалиэуе45 мых функций, преобразователь содержит коммутирующий блок и коммутатор, блок управления дополнительно содержит счетчик, дешифратор кода, инвертор, два дифференцирующих элемен50 та, три элемента ИЛИ-НЕ и элемент

И-НЕ, функциональный генератор дополннтельно содержит второй, третий, четвертый и пятый инверторы, четыре переключателя и ключи с третьего

55 по шестой, а генератор линейного напряжения дополнительно содержит второй ключ и переключатель, через который шина нулевого потенциала и шина положительного опорного напряжения соединены с информационным входом второго ключа, выход которого соединен с входом задания начального условия интегратора, выход которого соединен с первыми информационными входами аналогового запоминающего блока и коммутатора, первые входы коммутирующего блока и коммутатора соединены с соответствующими входами компаратора, второй, третий, четвертый и пятый выходы коммутирующего блока соединены с входами одноименных инверторов функционального генератора, в котором вход и выход второго инвертора через первый переключатель и соединенный с ним последовательно третий ключ соединены с входом задания начального условия второго интегратора, вход и выход третьего инвертора через второй переключатель и соединенный с ним последовательно четвертый ключ соединены с вторым информационным входом второго интегратора, вход и выход четвертого инвертора через третий переключатель и соединенный с ним последовательно пятый ключ соединены с входом задания начального условия первого интегратора, а вход и выход пятого инвертора через четвертый переключатель и соединенный с ним последовательно шестой ключ соединены с вторым .информационным входом первого интегратора, выходы первого и второго интеграторов соединены соответственно с вторыми и третьими информационными входами коммутатора и аналогового запоминающего блока, выходы которого являются выходами преобразователя и соединены с первой группой информационных входов коммутирующего блока, вторая группа информационных входов которого являет д ми преобразователя, в блоке управления вход первого диффеРенцирующего элемента является входом блока управления и соединен через инвертор с входом второго дифференцирующего элемента, выходы дифференцирующих элементов соединены с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соецинены с входами первого элемента ИЛ -НЕ выход которого соединен с нулевым входом триггера, прямой выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с управляющим вхо7 .12 дом первого ключа генератора линейного напряжения, инверсный выход триггера соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выход второго одновибратора и инверсный выход третьего одновибратора соединены с первыми входами соответственно третьего элемента ИЛИ-НЕ и элемента И-НЕ, вторые входы которых соединены с первым выходом дешифратора кода, а выходы — соответственно с выходом установки нуля счетчика и со счетным входом счетчика, выход которого соединен с выходом дешифратора кода, второй выход которого соединен с вторыми входами третьего элемента И и второго элемента

ИЛИ-НЕ, третий и четвертый выходы— с вторыми. входами соответственно первого и второго элементов И, выход. третьего элемента И соединен с управляющими входами четвертого и шестого ключей функционального генератора, выход второго элемента ИЛИ-НЕ— с управляющими входами первого и вто6.7443 8 рого ключей функционального генератора, выход второго одновибратора с входом управления записью аналогового запоминающего блока, прямой выход третьего одновибратора — с управляющими входа«<и третьего и пятого ключей функционального генератора и второго ключа генератора линейного напряжения, пятый выход дешифратора

10 кода соединен с управляющим входом переключателя генератора линейного напряжения, выходы первой группы дешифратора кода соединены с группой управляющих входов коммутирующего

15 блока, выходы второй группы дешифратора кода соединены соответственно с г управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого переключа телей функционального генератора, вы20 ходы третьей группы дешифратора кода соединены с управляющими входами коммутатора, выходы четвертой группы дешифратора кода соединены с группой адресных входов аналогового за25 поминающего блока.

3 4

U =, 10

U = 0 г

V< =cosU

sin cos

V = sin U

V = arcsin—

5 U

arcsin

V =U cos(arcsin — ) ! 1

U, U2 — 0

V = — are cosâ

3 U

U, )(UJ

arccos

V = -U sin(arccos — ) U = 0

z ц 2.

U<)0

Ч = — arctg—

Э Uf

arctg

U-=0

V =U,cos U

Ч UsxnU

Разложение

V = U соз U-U sinU

<, г

Поворот

V г 1 9с г

Построение

U =-U э

V =UU г г

V

U = -U) V, 04

0Пг

2 U(< (U,(V =-U-U

t э

Сложение

U=:0

V = -U -U г

V,(O) =0

V = -U — UU ! 1 э

U >0

V = -U -UU

Четырехквадрантное умножение

Четырехквадрантное деление

Двухквадрантное умножение, сложение

1267443 10 в Продолжение таблицы

U, V„cos Ч

П -VsinV

1 т э И11

1267443

mud. г

abc dp

Составитель Г. Осипов

Техред И.Верес Корректор Л.Патай

Редактор И. Касарда

Заказ 5779/49

Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4