Линейный интерполятор

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - повышение надежности за счет контроля работы за время интерполяционного цикла. Линейный интерполятор содержит сдвиговый регистр 1 координатного приращения, регистр 2 разности координатных приращений, регистр 3 координатных приращений, счетчик 4, мультиплексор 5, ключ 6, накапливающий сумматор 7, схему 8 сравнения и блок 9 управления. В интерполяторе используется метод оценочной функции. 2 3.п.ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 G 05 В 19/415) G 06 F 15/353

J г"

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4146538/24-24 (22) 14.11,86 (46) 30.07.88, Бюл. ¹ 28 (71) Винницкий политехнический институт (72) А.Н.Романюк (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1010646, кл. С 01 G 1/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 920636, кл. ° G 05 В !9/18, 1980. (54) ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения— повышение надежности за счет контроля работы за время интерполяционного цикла. Линейный интерполятор содержит сдвиговый регистр 1 координатного приращения, регистр 2 разности координатных приращений, регистр 3 координатных приращений, счетчик 4, / мультиплексор 5, ключ 6, накапливаю . щий сумматор 7, схему 8 сравнения и блок 9 управления. В интерполяторе используется метод оценочной функции.

2 з.п.ф-лы, б ил.

)4!3603

Изобретение относится;, к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в систе-, мах числового программного управле5 ния, а также в системах отображения графической информации.

Цель изобретения — повышение надежности за счет контроля работы эа время интерполяционного цикла. IG

На фиг,) приведена функциональная схема линейного интерполятора; на фиг.2 — блок-схема алгоритма работы устройства; на фиг.3 — отрезок аппроксимируемой прямой; на фиг.4 функциональная схема блока управления; на фиг.5 — распределение управляющих воздействий; на фиг.б — функциональная схема накапливающего сумматора. 20

Линейный интерполятор (фиг.1) содержит сдвиговый регистр 1 координатного приращения, регистр 2 разности координатных приращений, регистр 3 координатного приращения, счетчик 4, 25 мультиплексор 5, ключ б, накапливающий сумматор 7, схему 8 сравнения, блок 9 управления. Интерполятор имеет входы 10-12, выход 13, входы 14— !

7 и выходы 18-22. .50

Сдвиговый регистр ) координатного приращения служит для хранения большего приращения БП), задающего исходный отрезок прямой. Значение БП поступает от внешнего устройства по

35 входу 10 значения БП, а запись в регистр 1 осуществляется передним фронтом сигнала записи, поступающего на . вход 11 запуска интерполятора. Значение БП в исходный момент времени записывается также в счетчик 4, выполняющий функцию счетчика конца интерполяции отрезка прямой.

Регистр 2 разности координатных приращений служит для хранения разно. g5 .сти большего и меньшего приращений,. задающих отрезок прямой. Указанная разность поступает с накапливающего сумматора 7 и записывается в регистр

2 передним фронтом сигнала, поступающего с первого выхода 23 блока 9 управления.

Регисгр 3 координатного приращения служит для хранения меньшегс приращения (MII), задающего отрезок аппрокси- . 5 мируемой прямой ° Запись в регистр 3 осуществляется передним фронтом сигнала, поступающего с входа )1 интерпопятора„

Мультиплексор 5 обеспечивает передачу на свой выход инверсного значения ) Ш от регистра 3 при наличии "1" на его управляющем входе, соединенном с входом переноса накапливающего сумматора 7. При наличии "О" на управляющем входе мультиплексора 5 последний осуществляет передачу значения разности приращений от регистра 2 на свой вьгход.

Ключ 6 при наличии "1" на его управляющем входе обеспечивает передачу инверсного значения БП со своего ин-.формационного входа на выход. Информацион:-ый вход ключа б подключен к парафазным выхоцам сдвигсвого регистра

) координатного приращения, а выход— к в:,одам начальной установки накаплива.",ощего сумматора 7.

Блок 9 управления осуществляет управле-me операционными узлами интерполя ropa в соответствии с алгоритмом работы.

Блок 9 управления (фиг.4) имеет выводы (входы и выходы) 23 — 30 и содержит блок 3! постоянной памяти, первый 32 и второй 33 регистры, генератор 34 импульсов, первый элемент

И 35, гервый 36 и второй 37 триггеры, второй 38,. третий 39, четвертый 40, пятый - 1; meñòîé 42 элементы И, третий 43 и четвертый 44 триггеры, первый 45 и второй 46 элементы 2И-ИЛИ, пятый †:ðèããåð 47, седьмой -8, восьмой 49, девятый 50 и десятый 5t элементы И.

Позициями 52-63 обозначены связи в блоке 9 через шину. Сумматор 7 (фиг.б) содержит комбинационный сумматор 64 и регис,р 65.

Интерполятор работает следующим . образом, Г качестве метода линейной интерполяции для предлагаемого линейного интерполятора используется метод оценочной функции, согласно которому направление очередного шага направляется пс знаку специальной оценочной функции (ОФ), вычисляемой в процессе интерполяции. Интерполируемая прямая делит двухмерное координатное пространство, в котором она расположена,:. на две области: область ОФ > 0 над прямой и область ОФ < О под прямой, Сама прямая представляет собой область ОФ =- О. Интерполяция методом оценочной функции производится по следующему правилу; если промежуточная точка траектории находится в!

413603 области ОФ О, то следующий шаг делается по оси X (при Ь Х = БП, d Y MII) °

Если же промежуточная точка траектории находится в области ОФ « О, то следующим выполняется комбинированный диагональный шаг. В описании прототипа показано, что при начальном значении оценочной функции, равном целой части половины большего приращения, задающего отрезок прямой, отклонение их идеальной прямой не превьппает половины шага дискретизации.

Поскольку принято начальное значение

1 БП1 оценочной функции ОФО = (— 1 ц.ч., а сама прямая представляет собой

ОФ=О, то очевидно, что в точках апJ роксимирующего отрезка, совпадающих 20 с идеальной прямой, оценочная функция ! БП1 принимает значение ОФ =ОФ = — 1 ц.ч, о

В предлагаемом линейном интерполяторе 25 обеспечивается точное попадание в конечную точку. Следовательно, значение оценочной функции в конечной точке БП1 равно 1 — f ц.ч., т.е, начальному значению оценочной функции. Последнее свойство использовано для контроля линейного интерполятора. Действительно, если по окончании процесса

35 интерполяции отрезка прямой значение оценочной функции, хранящееся в сумматоре 7, равно целой части половины большего приращения, то интерполяция отрезка прямой выполнена верно. В 40 противном случае можно констатировать, что имеет место сбой в работе интерполятора или же последний в данный момент времени не работоспособен.

Значение оценочной функции для 45 предлагаемого интерполятора определяется по следующим соотношениям:

ОФ = (БП/2) ц.ч., ОФ = ОФ + (БП-МП) при ОФ, «О, ОФ1„, = ОФ; — МП при ОФ, > О.

При ОФ;«О выполняется комбинированный диагональный шаг, т.е. одновременные шаги по ведущей и ведомой

55 координатам. При ОФ; О выполняется шаг по ведущей координате.

При интерполяции отрезка прямой от внешнего устройства поступают исходные операнды, определяющие заданный отрезок прямой и его направление.

В сдвиговый регистр 1 координатного приращения и счетчик 4 по входу 10 передним фронтом сигнала записи на входе 11 интерполятора записывается значение .БП. Значение БП, записанное в счетчик 4, определяет число интерполяционных тактов. В регистр 3 координатного приращения передним фронтом сигнала на входе 11 интерполятора записывается значение МП с входа 12 линейного интерполятора. Поскольку вы-r ход регистра 3 координатного приращения является инверсными выходами его триггеров, то регистр 3 координатного приращения обеспечивает хранение значения МП и его инвертирование, т.е. получение обратного кода МП. В блок 9 управления передним фронтом сигнала записи с входа 11 интерполятора, соединенного с входом 24 блока 9, запоминаются значения признаков, опреде" ляющих ориентацию отрезка в двухмерном координатном пространстве. На второй вход интерполятора поступает значение 1 при ЬХ вЂ” О, где h X— значение приращения исходного отрезка прямой по оси абсцисс, и О при

ЬХ (О.

"1" на входе 15 интерполятора определяет положительный знак приращения hY, где ЬУ вЂ” значение приращения исходного отрезка прямой по оси ординат. При йУ «. О на входе 15 интерполятора выставляется значение "0 .

При 6Х ьУ на входе 16 интерполятора выставляется уровень "1", а при

bX « ЬУ вЂ” уровень "О".

Значение модулей приращений Л Х и

hY а также их знаки полностью опре" деляют отрезок аппроксимируемой прямой по отношению к координатным осям.

Поскольку в исходный момент времени на выходе 29 блока 9 управления присутствует значение "1" то на выходе ключа 6 выставляется парафазный код

БП. Под воздействием сигналов с выхода ключа 6 сумматор 7 принимает значение БП.

Таким o6pasoM, значение БП в ис ходный момент времени записано в сдвиговом регистре 1 координатного приращения, счетчике 4 и сумматоре 7.

В следующий тактовый момент времени на выходе 26 блока 9 управления устанавливается значение "1", обеспечивающей передачу на вход сумматора 7

5 14 икнерснсга значения МП с выхода регистра 3 координатного приращения через мультиплексор 5. На вход переноса сумматора 7 поступает значение "1",, поскольку вычитание в сумматоре 7;.

ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ В ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ КОДЕБ сумматоре 7 находится значение ньтражения

6--" БП вЂ” MI = БП + МП + i

Значение Q запамтпла е; ся в регис;— ре 2 разности координатных прираще--ний, Уровень сигнала, записанкогa регистр 2-, положительный В указ";-.:ный тактовый момент времени осуществляется также сдзиг содеажимага сдни-. гаваго регистна 1 координатного при ращения в сторону младших разрядан,.

Поскольку до ныполненкя укa " ".irHorà дейс.твид .н регистре 1 xp IHHëoñü зка: чение БП-„та после ньптольтекьтя указан нОЙ операции сднкГB pеГистp пp!rки" мает значсьтие БП/2) и тт

В следующий тактовый момент време ни на ныхоqe 29 блока 9 управrieHI H уатананл1лнаетсл значение ., чта обеспечивает уста. нанку су тматора 7 ь сосгаяние ГБП/21 ц.ч., Указанные дтейстния предшествуют собственно процес

Су ин :.ерпаляцитл и Образуют цикл пад"

Гатонк т. ПpBчем н реГист6е д rrаааrттл"

Наткага ПРИРаЩЕНИЯ ХРаКИТСЯ ЗНат-:ЕНИМПр н счстчике значение БП. и p=

Гистре 2 разности каарт"инатных irpi.pe шений — разность БП-1Я., "- и сумматор—

7 H реГIictpe 1 кООрдинатнОГО приряще ния -- значение 1БП/?) ц,ч., Цикл под—

ГатОнки занимает TpN т актовых момен Р 0

ВPЕМЕHH, В цикле интерполяции н первый ".eõ-таный момент времени H= содержимого сУмматаРа 7 ВычитаетсЯ значекие тШт т.е. обеспечивается перецача инверсного значения МП -терез мультиплексор

5 на информационный вход суьжатора 7 и на его вход переноса ныстанляется т т значение 1 . т.л ед уе т о тм е ти ть ., ч т о по ск альку па алгоритму работы пр едлаг а емо го линейного инт ерполя т ор а при вычислении знач ения ац енач ной функции используется операция Вычитания только э на ч ения ИП ., то сигнал переноса для накапливающего сумматора 7 формирует= ÿ только при формировании для мультиплексора 5 сигнала передачи на его выход значения МП.

При отрицательном значении оцена -:ной функции, хранящейся н сумматоре 7

18608 6 к содержимому сумматора прибавляется

=-качение БП-#II хранящееся в регистре 2, Передача значения БП-1т! на информацион- ный вход сумматора 7 достигается подачей Э

Ф !

ra управляющий вход мультиплексора 5

"О". При положительном знаке оценочной функции, хранящейся в сумматоре 7, От содержимого последнего вычитается !

,-т значение МП.

Указанные действия совершаются за тактовый момент времени, н каждом из которых формируются шагоные прираще-т ния. Значение шагоных приращений определяются значением знаков приращений 6Х-, a Y, соотношением приращений

Ы . и Ь 1, а также знаком оценочной функ-тии, хранящейся в сумматоре 7, Б ",текле интерполяции с каждым шаОкым приращением па ведущей коордикн:е соцержимае счетчика ч уменьшает.".я на единицу. При выдаче числа шаго:..;-,. приращений по ведущей координае.- ранного БП, на выходе счетчика

75;рормируется уpoHeHb "D, сигнализирующнй об окончании интерполяции отрезка прямой. Указанным уровнем разрешается работа схемы 8 сравнения. При равенстве содержимого сумматора 7 зна=.;е,ию содержимого сднигавага регистра Ha выходе схемы 8 сравнения появляется уровень . Сигкализируюi;,:rI с правильности ныполнения аппрок: .— ылрующих действий по расчету оценочной функции за время интерполяциОккого цикла. 3 противном случае на выходе схемы 8 сравнения формируется

,:.ровень "G", который указынает или на

:к;еиспранность интерполятора, или на наличие сбоев н его работе.

Ф а н м у л а и з о б р е т е н и я

1, Пикейный интерпалятор, содержа,цлй сдвиговый регистр координатного приращечия, ключ, накапливающий сумматор, регистр разности координатных пртт::ращений, информационный вход которага соединен с информационным выходам накапливающего сумматора, вход началькай устананки которого соединен с выходам ключа, информационный вход кстарого соединен с выходам сдниговога регистра координатного приращения, О т л и ч а þ шийся тем, что, с

:за целью поньппения надежности за счет контроля работы эа время интерполяционногo цикла, в него введены регистр координатного приращения, счетчик, 1413603 мультиплексор, схема сравнения и блок управления, информационные входы сдвигового регистра координатного приращения и счетчика соединены с входом значения большего приращения интерполятора, информационный вход регистра координатного приращения соединен с входом значения меньшего приращения интерполятора, выходы регист- 10 ра разности координатных приращений и регистра координатного приращения соединены с первым и вторым информационными входами мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с первым информационным входом схемы сравнения, второй информационный вход которой соединен с выходом сдвигового регист-2р ра координатного приращения, вход запуска интерполятора соединен с входами записи сдвигового регистра координатного приращения, регистра координатного приращения и счетчика и с вхо-25 дом запуска блока управления, первый выход которого соединен с входом записи регистра разности координатных приращений и с входом управления сдвигом сдвигового регистра координатного 30 приращения, второй выход блока управления соединен со счетным входом счетчика, выход признака нулевого со-, состояния которого соединен с выходом признака "Конец интерполяции" интерполятора, с первым входом начальной установки блока управления и входом стробирования схемы сравнения, выход признака равенства которой является выходом признака Отсутствие ошибки 40 интерполятора, третий выход блока управления соединен с управляющим входом мультиплексора и входом переноса накапливающего сумматора, выход знакового разряда которого соединен с первым входом блока управления, четвертый и пятый выходы которого соединены с входом синхронизации накапливающего сумматора и управгйнощим входом ключа соответственно, с второго

50 по четвертый входы блока управления являются входами знака приращения первой и второй координат и входом признака координаты с большим приращением интерполятора, выходы координатных приращений которого соединены, 55 с шестого по девятый выходами блока управления, второй вход начальной установки которого является входом начальной установки интерполято— ра.

2. Интерполятор по п.l, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления содержит блок постоянной памяти, первый адресный вход которого является первым входом блока, два регистра, информационные входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов блока постоянной памяти, пять триггеров, десять элементов И, генератор импульсов и два элемента

2И-ИЛИ, первый и второй входы первого элемента И являются первым и вторым входами начальной установки блока, вход синхронизации и информационный вход первого триггера соединены с входами запуска и логической единицы блока соответственно, выход первого элемента И соединен с инверсными входами сброса первого и второго триггеров и второго регистра, выход первого триггера соединен с информационным входом второго триггера, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены с входами синхронизации второго и первого регистров со-. ответственно, первый и второй выходы второго регистра соединены с вторым и третью: адресными входами блока постоянной памяти, прямой выход генератора импульсов соединен с входом синхронизации второго триггера, вторым входом третьего элемента И и первыми входами четвертого и шестого элементов И, инверсный выход генератора импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым входом пятого элемента И, с второго по четвертый входы блока соединены с информационными входами четвертого, пятого и третьего триггеров соответственио, прямой и инверсный выходы третьего триггера соединены с первыми входами элементов И первого и второго элементов 2И-ИЛИ соответственно, выходы которых соединены с попарно объединенными первыми входами седьмого, восьмого и девятого, десятого элементов

И соответственно, выходы которых являются с шестого по девятый выходами блока соответственно, прямой и инверсный выходы четвертого триггера соединены с вторыми входами седьмого и восьмого элементов И соответственно, прямой и инверсный выходы пятого триггера соединены с вторыми входами

1413603, девятого и десятого элементов И соответственно, входы синхронизации с третьего по пять1й триггеров соединены с входом запуска блока, первый вход

l которого соединен с вторыми входами первых элементов И первого и второго элементов 2И-ИЛИ, выход пятого элемента И является вторым выходом блока и с6единен с вторыми входами вторых О элементов И первого и второго элементов 2И-ИЛИ, выходы первого и третьего разрядов первого регистра и выходы четвертого и.шестого элементов И являются первым, третьим, четвертым и 1 > пятым выходами блока, выходы четвертого, второго и пятого разрядов первого регистра соединены с вторыми входами с четвертого по шестой элементов И соответственно, 20

3, Интерполятор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что накапливаю-, щий сумматор содержит регистр, выход младших разрядов которого является информационным выходом накапливающего сумматора, и комбинационный сумматор,, входы первого и второго слагаемых которого соединены с информационным входом накапливающего сумматора и и с выходом регистра, вход переноса и вход старшего разряда первого слагаемого комбинационного сумматора сосоединены с входом переноса накапливающего сумматора, выход знакового разряда которого соединен с выходом старшего разряда регистра, выход комбинационного сумматора соединен с информационным входом регистра, вход синхронизации которого является одноименным входом накапливающего сумматора, вход начальной установки которого соединен с входами установки регистра.

1413603

14l3603

Составитель A.Óøàêîâ

Редактор И.Рыбченко Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай

Тираж 866

Подписное

Заказ 3784/50

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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