Генератор функций
Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники , позволяет осуществить функциональное преобразование число-импульсных сигналов или генерирование цифровых функций времени. Цель изобретения - сокращение оборудования. Генератор содержит вычислительный блок, два число-импульсных умножитегля , триггер, элементы И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, число-импульсный алгебраический сумматор, блок памяти, три регистра, реверсивный счетчик, узел формирования номера интервала аппроксимации позволяющие реализовать аппроксимацию двух уровней: кусочно-полиномиальную , кусочно-линейную (квазис б полиномиальную) . 5 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (11) (51)4 G 06 Р 1/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /»,.
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3830264/24-24 (22) 25.12.84 (46) 07.12.86. Бюл. М 45 (71) Рязанский радиотехнический институт. (72) А.Г.Шевяков (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 950321, кл. G 06 Р 15/32, 1982.
Авторское свидетельство СССР
В 803125, кл. G 06 F 1/02, 1981.
Авторское свидетельство СССР . Р 1241219, кл. С 06 F 1/02, 1984. (54) ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, позволяет осуществить функциональное преобразование число-импульсных сигналов или генерирование цифровых функций времени. Цель изобретения — сокращение оборудования.
Генератор содержит вычислительный блок, два число-импульсных умножите-. ля, триггер, элементы И, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ, число-импульсный алгебраический сумматор, блок памяти, три регистра, реверсивный счетчик, узел формирования номера интервала аппроксимации позволяющие реализовать аппроксимацию двух уровней: кусочно-полиномиальную, кусочно-линейную (квазиполиномиальную). 5 ил.
12754
Y (X) = Y + — — - (Х-Х ") П;) 2
1)
Х-Х; где j =En t — —, (2)
Y-Y;
j =En t — — -, (3) h;) Ь)). = 1), + j j(-1) i(-1)...(-и,+2) ;, — 10 10 (и 1) ю o> 1(1-1) )()-1)... (1- +2) л дЧ . = Ч + j2 Ч. + 1 1 g 3 Ч. + + 1м. 12 «n z t7 о о (п -1) I io g2U ° ° I) 1) 21). + gsU,, ЬП1)Ф(01)+ (4) 50 01)+1 6 i)» ) 2Ч., ЬЧ + hZV \) 1) = 2Ч + 62Ч 1) I) (5) 1 Изобретение относится к автомати- . ке и вычислительной технике и может быть использовано в робототехнических системах для задания траекторий перемещения захватов и рабочих инструментов роботов, в устройствах линеаризации характеристик частотных и число-импульсных датчиков, устройствах квазиобратимого сжатия информации и цифрового моделирования быстро- 10 протекающих физических процессов,а также в качестве задающих устройств в системах управления различного назначения, Целью изобретения является сокра- 15 щение оборудования. На фиг. 1 представлена схема генератора функций; на фиг. 2 — алгоритм работы устройства; на фиг. 3 варианты построения вычислительного 20 блока на микропроцессорах (МП); на фиг. 4 — распределение информации в регистрах общего назначения (POH) KI и блока памяти (БП); на фиг. 5 варианты построения число-импульсных 25 умножителей и узла формирования номера интервала аппроксимации (УФИА). Генератор функций содержит числоимпульсный умножитель 1, регистры 2 и 3, узел 4 формирования номера ин- 30 тервала аппроксимации, триггер 5, элемент И 6, число-импульсный умножитель 7, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, регистр 9, вычислительный блок 10, реверсивный счетчик 11 и блок 12 памяти, Вычислительный блок 10 содержит элемент ИЛИ 13, узел 14 управления и обработки, триггеры 15 и 16, посНачальные значения разностей аБ; определяются видом кривой и задаются перед воспроизведением функций. Представление коэффициентов hU" i) ° аЧ; через конечные разности дает возможность последовательно вычислить для каждого следующего (ij+1) — го интервала значения 6 U; ЬЧ)„по известным на текущем ij îì интервале конечным разностям. используя следующие итерационные процедуры: 11 з тоянное запоминающее устройство 17, входы 18 и 19 синхронизации, шину 20 адреса, шину 21 данных, вход 22 сброса и вход 23 запуска. Число-импульсный умножитель 1(7) содержит регистр 24 и сумматор 25, образующие накапливающий сумматор, регистр 26, элемент ЗИ-ЗИ-ИЛИ 27. Узел 4 формирования номера интервала аппроксимации содержит элемент 2И-2И-ИЛИ 28, счетчик 29, схему 30 сравнения и регистр 31. Устройство при генерировании и воспроизведении функций число-импульсного аргумента Х реализует аппроксимацию двух уровней; функция на интервалах h;, где i = 0,1,...,g, приближается к кривой, которая разбивается на К1 отрезков с равномерным шагом h... и описывается кусочно с линейной ломаной если номер интервала определяется переменной Х (управление по входу), если номер интервала определяется по переменной У (управление по выходу)е Кроме того, коэффициенты h U; аЧ;; выражения (1) представляются как полиномы от переменной 1 и записываются через начальные значения конечных разностей в виде Приведенные выражения (1), (4) и (5) и параллельная организация их выз 12754 числений с использованием число-импульсных и цифровых вычислительных средств положены в основу работы устройства. На каждом ij-м интервале генерируемой зависимости параллельно во времени функционируют три его операционные части: число-импульсный интерполятор (содержащий умножители 1 и 7 триггер 5, элемент И 6, счетчик 11 элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ KIH 8, осуществляющий воспроизведение линейного отрезка функции по выражению (1) и коэффициентам AU;> и V;, которые хранятся во входных регистрах умножителей 1 и 7 в течение времени Т = (Х; „ - Х;)/F„ (1/F — период следования импульсов аргумента Х); блок 10,реализующий за время Т> вычисление коэффициентовАБ; „, лЧ; д, необходимых для работы число-импульс- 20 ного интерполятора на следующем (ij+1)-м участке; узел 4 формирования номера интервала аппроксимации, формирующая импульс j запуска блока 10. 25 Регистры 9, 2 и 3 предназначены для промежуточного хранения коэффициентов и позволяют в конце ij-ro интервала одновременно переписать по импульсу j+J коэффициенты gUijs< ЬЧ;;„, h +, в число-импульсные умножители 1 и 7 и узел 4 формирования номера интервала аппроксимации соответственно, обеспечивая их непрерывную работу. В блоке 12 памяти хранятся начальные значения коэффициентов 35 а kli h;<ð K÷,,hU; g U;»,h )О (6) Ч;„, 6. Ч; ... °,6 Ч; (для всех з = О, 1, 2,..., g) ° Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии по внешним адресам, задаваемым по адресной шине А и управляющему сигналу Зап", 45 осуществляется загрузка коэффициентов (6) в блок 12 памяти через информационную шину D. Один из возможных вариантов распределения памяти под конкретный алгоритм (фиг. 2) re- 50 нерирования функций для n,= 4,п = 5 показан на фиг. 4h Далее по внешнему импульсу R через элемент ИЛИ 13 осуществляется сброс блока 10 и установка его триг- 55 геров 15 и 16 в единицу. После установки триггеров блок 10 начинает свою работу и по алгоритму 11 4 (фиг. 2) выполняет сначала макрокоманду "Загрузка регистров, по которой осуществляется запись начальных коэффициентов из блока 12 па-. мяти через регистры 9, 2 и 3 во входные регистры число-импульсного интерполятора. При этом значения ЬП0„,hV 0 записываются во входные регистры первого и второго числоимпульсных умножителей 1 и 7, h — - во входной регистр узла 4 формирования номера интервала аппроксимации j Y — в реверсивный счетчик 11, а также производится запись коэффициентов о»"ос* оа ° ° ° ь U ь Чоо h V ° ° ° ° д Ч„в POH узла 14 или его буферную память. Распределение РОН показано на фиг. 4g, где АС вЂ” аккумулятор, Т вЂ” счетчик адресов. При формировании сигналов занесения кодов в регистры 9, 2 и 3 и реверсивный счетчик 11 и выбора режима работы блока 12 памяти использованы разряды Q1 — Q5 ПЗУ 17 соответственно. После выполнения данной макрокоманды генератор готов к воспроизведению функции, которое осуществляется путем подачи число-импульсного кода Х или опорной частоты F = const х на его вход. Независимо от наличия сигналов X или Р„ блок 10 продолжает свою работу и по условию Р1, определяемому триггером 16, и условию РЗ (если генерирование происходит не на последнем участке i-ro интервала К; Ф О) выполняет макрокоманду "Вычисление коэффициентов". При этом по исходным данным, находящимся в его РОН или буферной памяти, осуществляется вычисление коэффициентов ЬП0, 6Ч0, в соответствии с выражениями (4), (5) и уменьшение значения К0 на единицу. Затем коэффициенты 61,, АЧ0, записываются в регистры 9 и 2 по управляющим сигналам Q1, Q2. После этого вычислительный блок 10 сбрасывает режим "Подготовка, устанавливая триггеры 15 и 16 в "0", и прекращает свою работу, ожидая импульса запуска j. Нулевое состояние триггера 16 задает адресное пространство ПЗУ 17, обеспечивающее анализ условий Р2, РЗ с приходом импульса j. Импульс j формируется узлом 4 в тот момент, когда значение число-импульсной переменной Х=Х-Х" или 1) йУ=У-У; равно h;>. Схема построена на 12754 11 основе управляемого делителя частоты (УДЧ), импульс на выходе которого (фиг. 55) появляется со схемы 30 сравнения в момент, когда значение кода в счетчике 29 равно коду регистра 31. По выходу схемы сравнения н те счетчик 29 сбрасывается в 0 и он снова начинает заполняться импульсами Х до значения кода регистра, Та- 10 ким образом, узлом 4 реализуется зависимость (2) или (3) при поступлении число-импульсной переменной Хили У ° Выбор переменной зависит от значения управляющего сигнала знакового разряда регистра 31, куда заносится код h, (фиг. 5S). По импульсу j (в данном случае первому) коды коэффициентов Ь Б, 7,, Ьо переписываются во входные регист- 70 ры блоков 1, 7 и 4. Генерирование функции продолжается с новым наклоном, определяемым коэффициентами АБщ,dV, . Триггер 15 устанавливается в "1", блок 10 запускается и осущест- д вляет проверку условий Р2, Р3. Если генерирование производится не на последнем участке интервала i то блок 10 переходит к выполнению макрокоманды нВычисление коэффициентовн и вычисляет значения 6 U; „, hV запоминая их в регистрах 9 и 2 соответственно. Если воспроизводится последний отрезок i-го интервала функции (К = О), то блок 10 реалиУ 35 зует макрокоманду "Загрузка регистров". При этом в его POH или буферное ЗУ переписываются из блока 12 памяти новые значения коэффициентов, необходимые для генерирования функции на (i+1) ом участке. После выполнения макрокоманд блок 10 выходит в режим ожидания импульса j и далее его работа повторяется до Х = Х „ Данное условие выполняется в случае 45 обновления счетчиков Т блока 10. В этом случае формируется сигнал Q6. Генерирование функции также может быть завершено путем прекращения подачи частоты F> на вход устройства. Число-импульсная операционная часть устройства работает следующим образом. Пусть в качестве число-импульсных умножителей 1 и 7 используется схема умножения частоты F или числа импульсов на дополнительный двоичный код W, состоящая из накапливающего сумматора и логического элемента ЗИ-ЗИ-ИЛИ 27. Работа схемы основана на формировании выходных импульсов в моменты переполнения m-ðàçðÿäíîãî сумматора. При умножении числа импульсов Z на положительное значение переменной W (знаковый разряд signW= 0) количество выходных импульсов N(+) (появление каждого из них определяется потенциалом переполнения сумматора 25) схемы определяется соотношением N(+) = En%+ (— -„,) . (7) Z. W При отрицательном значении (signW=1) переменной W двоичный код М(> имеет величину 2 — W. Это предопределяет результат операции умножения в виде N = Ent(Z — — — ). (8) Z ° W (-) 2 Выражение (7) показывает, что в этом случае из количества импульсов Z, поступивших на вход схемы, должны быть исключены те, которые совпадают с моментами переполнения сумматора. Формализованное описание рассмотренной операции с использованием соотношений непрерывной логики имеет вид N=Z ° P SignW V Z P signW Данное выражение реализуется элементом 27. В предлагаемом устройстве на каждом интервале аппроксимации количество поступивших импульсов Х=Х-Х Ч переменной Х равно количеству импульсов N 1, сформированных на выходе первого .число-импульсного умножителя 1. Это обусловлено тем, что каждым импульсом dX триггер 5 по счетному входу сначала устанавливается в "0", а затем переводится в состояние "1н импульсом с выхода первого число-импульсного умножителя 1. Данный импульс появляется благодаря поступлению на вход блока 1 Z 1 импульсов частоты Р через элемент И 6 при нулевом состоянии триггера 5. Таким образом, учитывая, что Х= = N1 а работа число-импульсного умножителя 1 описывается соотношением(7) 1275411 Z, йБ;, Х вЂ” Х. 2 ;1 Ф 15 Z, dV;; 67 55 откуда получают соотношение Z = — -- (Х вЂ” Х ) aU >J 1 ) определяющее количество импульсов, поступающих на импульсный вход второго число-импульсного умножителя 7. С выхода второго число-импульсного умножителя 7, реализующего также ,соотношение (7) формируется числоимпульсный код поступающий в реверсивный счетчик 11, где окончательно Y(X) = Y + - — — (Х-Х ), дЧ,", ) dU" 1 где Y" — значение кода в реверсивном 11 счетчике 11 в начале ij-го интервала, Y(X) - выходной код блока 12, как функция аргумента Х. Знак реверсивного счетчика 11 или приращения ОУ определяется по выходному потенциалу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, которая осуществляет суммирование по модулю два двух знаковых разрядов регистров 2 и 9 (плюс — О, минус — 1) . В случае, если на вход генератора подается постоянная частота Р„ =const, то оно осуществляет воспроизведение функции У(+), если подается числоимпульсный код Х, то устройство является число-импульсным функциональным преобразователем. Результат У(Х) может быть получен как в число-импульсной У (Х) (с выхода второго число-импульсного умножителя 7), так и в цифровой (с потенциальных выходов реверсивного счетчика 11) формах. Формула изобретения Генератор функций, содержащий вычислительный блок, два число-импульсных умножителя, три регистра, узел формирования номера интервала аппроксимации, триггер, элемент И, реверсивный счетчик и блок памяти, причем вход аргумента генератора подключен к входу синхронизации триггера, установочный вход которого объединен с входом аргумента узла форми25 40 рования номера интервала аппроксимации и подключен к выходу первого число-импульсного умножителя, информационный вход которого объединен с информационным входом второго чис- . ло-импульсного умножителя и подключен к выходу элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу триггера, второй вход элемента И подключен к входу опорной частоты генератора, установочные входы первого и второго число-импульсных умножителей и вход запуска вычислительного блока подключены к выходу узла формирования номера интервала аппроксимации, вход коэффициента умножения первого число-импульсного умножителя подключен к выходу первого регистра, выход второго регистра подключен к входу коэффициента умножения второго число-импульсного умножителя, выход третьего регистра подключен к информационному входу узла формирования номера интервала аппрокси мации, вход синхронизации вычислительного блока является синхровходом генератора, информационные входы пер1 вого, второго и третьего регистров реверсивного счетчика, вычислительного блока и блока памяти подключены к входу данных начальной установки генератора, адресные входы вычислительного блоха и блока памяти подключены к входу адреса начальной установки генератора, вход сброса вычислительного блока является входом начальной установки генератора, цифровой выход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к входу функции узла формирования номера .интервала аппроксимации и является число-импульсным выходом генератора, вход разрешения записи которого подключен к входу записи блока памяти, вход выбора режима которого и установочные входы первого, второго, третьего регистров, установочный вход реверсивного счетчика подключены к соответствующим разрядам поля управления выводом данных вычислительного блока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения оборудования, в него введен элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем выход старшего знакового разряда первого регистра подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вхог 1275411 которого подключен к выходу старшего энакового раэряда второго регистра, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу управления направлением счета реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго число-импульсного умножителя. 12754) i 1275411 Распределение бП Распределение РОН да Р6 R7 Формат иикрокоианды (бьиодной код ПЗУ) 4 -упрабление оыоодом даююх ЦПЗ 1275411 Составитель С. Курош Редактор О. Головач Техред JI.Сердюкова Корректор О. Луговая Заказ 6560/39 Тираж 671 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 
