Цифровой линейный интерполятор

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в выводных графических устройствах и в системах с числовым программным управлением. Цель изобретения - упрощение конструкции за счет уменьшения аппаратурных затрат интерполятора. Линейный интерполятор содержит управляемый генератор импульсов, счетчик импульсов, два регистра, узел двоичного умножения, коммутатор. В первый регистр записывается значение управляющего кода, в счетчик импульсов - значение большего приращения, а во второй регистр - признаки, определяющие положение и ориентацию регенерируемого отрезка по отношению к координатным осям. Счетчик и узел двоичного умножения образуют интегратор последовательного переноса и формируют шаговые приращения по ведомой координате. Коммутатор определяет передачу частотных потоков, поступающих от управляемого генератора импульсов и узла двоичного умножения, на соответствующий выход. После поступления на счетчик импульсов числа, равного большему приращению, последний формирует управляющий сигнал, прекращающий поступление импульсов от генератора. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 05 В 19/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ""

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4629508/24 (22) 02.01.89 (46) 30.08.91. Бюл. Q 32 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро "Модуль" (72) А.M,Ïåòóx, А.Н.Романюк и И.B.Ãðèí÷óê (53) 621.503,55 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 551611, кл. G 05 В 19/18, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 1423984, кл. G 05 В 19/18, 1987. (54) ЦИФРОВОЙ ЛИНЕЙНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в выводных Графическихустройствах и в системах с числовым программным управлением. Цель изобретения — упрощение конструкции за счет уменьшения аппаратурных затрат интерполятора. Линейный интерполятор содержит упИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в выводных грэфическихустрой- . ствах и в системах числового программного управления.

Цель изобретения — упрощение конструкции ээ счет уменьшения аппаратурных затрат интерполятора.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого линейного интерполятора; на фиг, 2 — граф-схема алгоритма определения управляющего кода; на фиг, 3 — временные диаграммы работы интерполятора; на фиг. 4 — пример реализации блока 4.

Линейный интерполятор (фиг. 1) содержит управляющий генератор 1 импульсов, „„,Я „„1674061 А1 равляемый генератор импульсов, счетчик импульсов, два регистра, узел двоичного умножения, коммутатор. В первый регистр записывается значение управляющего кода, в счетчик импульсов — значение большего приращения, а во второй регистр — признаки, определяющие положение и ориентацию регенерируемого отрезка по отношению к координатным осям. Счетчик и узел двоичного умножения образую г интегратор последовательного переноса и формируют шаговые приращения по ведомой координате. Коммутатор определяет передачу частотных потоков, поступающих от управляемого генератора импульсов и узла двоичного умножения, на соответствующий выход, После поступления на счетчик импульсов числа, равного большему приращению, последний формирует управляющий сигнал, прекращающий поступление импульсов от генератора. 4 ил, 1 табл. счетчик 2 импульсов, регистр 3, узел 4 дво- 4 ичного умножения, регистр 5, коммутатор 6. фЬ

Интерполятор имеет вход 7 начальной уста- С) новки, вход 8 запуска, вход 9 задания боль- 0, шего приращения, вход 10 записи, вход 11 д управляющего кода, вход 12 записи, входы

13 — 16 признаков координатной ориентации, выходы 17 — 20 шаговых координат приращений и выход 21 признака "Окончание интерполяции".

Вход начальной установки 7 интерполятора является входом установки в начальноесостояниеповключении питания, на указанный вход от внешнего устройства подается отрицатель.алый импульс, устанавливающий внутренние элементы re1674061 нератора 1 импульсов в исходное состояние, по переднему фронту на входе 8 завуска генератор формирует на выходе последовательность импульсов до момента появления сигнала переноса на выходе счетчика 2. Активный уровень сигнала записи (вход 8. интерполятора) в счетчик 2 большего приращения — нулевой, - Сигнал на выходе переноса счетчика 2 формируется при переходе его из нулевого состояния в состояние 2 -1, где - разрядность счетчика 2. Выход переноса счетчика

2 соединен с входом останова управляемого генератора 1 импульсов. Информационный выход счетчика 2 подключен к инверсным входам младших разрядов узла 4 двоичного умножения.

Первый регистр 3 служит для хранения управляющего кода (УК), поступающего на вход УК 11 от внешнего устройства. Запись

УК осуществляется нулевым сигналом на его входе записи, соединенном с входом записи

УК-интерполятора.

Выход первого регистра 3 подключен к старшим разрядам адресного входа узла 4 двоичного умножения, выход которого соединен с седьмым входом коммутатора 6.

Узел 4 двоичного умножения обеспечивает отбор частотных последовательностей, формируемых на информационном выходе счетчика 2 в соответствии с управляющим кодом, а также осуществляет их суммирование. Узел 4 двоичного умножения и счетчик

2 образуют интегратор последовательного переноса.

Запись признаков во второй 5 регистр осуществляется нулевым уровнем, поступающим на вход 12 записи признаков регистра. Первый вход регистра 5 соединен с входом 13 признака ЛХ = ЛУ интерполятора, причем от внешнего устройства поступает уровейь "1" при условии Л Х = Л У, где

ЛХи ЛУмодули приращений, задающих отрезок прямой. Второй вход регистра

5 соединен с входом 14 .. признака

Л Х > Л V интерполятора, причем от внешнего устройства поступает уровень "1" при условии ЛХ > ЛУ. Третий и четвертый входы регистра 5 соединены соответственно с входами 15 знака Л Х и 16 знака hY, причем уровню "0" на укаэанных входах соответствует положительный знак приращения. Выходы регистра 2 соединены с первыми шестью входами коммутатора 6. Выходы

17, 1l8, 19, 20 интерполятора совпадают с первым, вторым, третьим и четвертыми выходами коммутатора 6. Указанные выходы являются соответственно выходами +Х, -Х, +Y, -Y интерполятора. Выход 21 генератора

30. Следует отметить, что при использова40

5

1 импульсов является выходом признака

"Окончание интерполяции".

Интерполятор работает следующим образом.

В интерполяторе, как и в устройствепрототипе, в качестве основного реализующего элемента используется цифровой интегратор последовательного переноса, образованный счетчиком и узлом двоичного умножения. Последний из них осуществляет отбор импульсов с выходом счетчика.

Счетчик же служит для формирования импульсов, число которых за цикл пересчета определяет двоичные кодовые эквиваленты.

В устройстве-прототипе для определения конца интерполяции дополнительно введен еще один счетчик, работающий в режиме вычитания, Очевидно, что на выходах счетчика за M тактов в режиме сложения сформируется столько же импульсов, сколько бы он сформировал в режиме вычитания от M до нуля. Отсюда следует, что счетчик, служащий в уотройстве-прототипе для выделения конца интерполяции, может быть использован и в качестве счетчика цифрового интегратора, т,е. имеется реальная возможность сокращения аппаратурных затрат интерполятора. нии одного и того же импульса, в качестве элемента для выделения конца интерполяции и элемента цифрового интегратора, счетчик наиболее целесообразно использовать в режиме вычитания от M до нуля. Поскольку в данном случае изменяется активный фронт импульсов для узла двоичного умножения, то необходимо осуществить дополнительное их инвертирование.

Поскольку в интерполяторе шаговые приращения по ведущей координате формируются в каждом интерполяционном такте, то их число равно значению большего приращения (БП). Шаговые приращения по ведомой координате формируются на выходе узла 4. При этом значение управляющего кода в регистре 3, должно быть таким, чтобы за число тактов, равных большему приращению, на выходе узла 4 было сформировано число импульсов, соответствующее значению меньшего приращения (МП).. При применении цифрового интегратора с последовательным переносом (счетчик 2 и узел 4) количество импульсов Вi за счет I-ro разряда управляющего кода за время БП выразится соотношением

1674061

55 г БП + 2 .» где 2 )чч — оператор выделения целой части. Для того, чтобы за число тактов, равных БП,на выходе интегратора было сформировано МП импульсов, должно удов-, летвориться соотношение а Ь!=МП, I =1 гдеai — значение цифры в 1-м разряде управляющего кода.

Таким образом, задача опеределения управляющего кода сводится к определению а1, аг„,. а Ilo известным значениям БП и МП с использованием приведенных соотношений, При этом находятся значения В или уравновешивается значение МП, В предлагаемом линейном интерполяторе осуществляется задание отрезка прямой значением большего приращения, значением управляющего кода и признаками, задающими ориентацию и расположение векторов по отношению к координатным осям.

Интерполятор работает следующим образом.

По входу 7 интерполятора от внешнего устройства поступает импульс, устанавливающий генератор 1 импульсов в исходное состояние, На выходе генератора 1 импульсы не формируются, В регистр 5 по активному уровню сигнала на входе 12 записываются значения признаков. Соответствие между активными уровнями сигналов, признаками и соответствующими им входами приведены в таблице.

В регистр 3 от внешнего устройства записывается значение управляющего кода, поступающего на вход 11 интерполятора.

Запись в регистр осуществляется нулевым уровнем, подаваемым на вход 10 интерполятора.

В счетчик 2 записывается значение большего приращения, поступающего на вход 9 интерполятора, Запись БП осуще.ствляется нулевым уровнем сигнала, подаваемым на вход 9 интерполятора. По переднему фронту указанного сигнала запускается генератор 1 и на его выходе формируется последовательность импульсов заданной частоты, Указанная последовательность импульсов поступает на счетный вход счетчика 2. На выходе счетчика 2 формируются импульсы, число которых соответствует двоичным кодовым эквивалентам. С выхода счетчика двоичные сигналы поступают на инверсный вход узла двоичного умножения, где осуществляется их отбор в соответствии с управляющим кодом, Записанным в первый регистр 3. При этом на выходе двоичного умножителя 4 формируется последовательность импульcos, соответствующих меньшему прира5 ще н и ю (по ведомой коорди нате), Коммутатор 6 осуществляет в зависимости отэначения признаков, записанных в регистр 5, перекоммутацию частотных потоков, поступаемых от генератора 1 и двоичного умножителя 4 на один из выходов

+Х, -Х, +Y, -Y(17... 20).

С приходом каждого импульса от генератора 1 содержимое счетчика 2 уменьшается на единицу. При выдаче генератором 1 числа импульса, равного БП, на выходе счетчика 2 формируется сигнал переноса, приводящий к установке генератора 1 в исходное состояние, при котором импульсы на выход генератора 1 не выдаются. При выдаче импульсов генератора 1 на выходе

21 формируется уровень "1", сигнализирующий об генерации интерполятором шаговых приращений. После выдачи БПимпульсов на выходе 21 формируется сигнал "0", сигнализирующий об готовности приема интерполятором новых исходных приращений.

Расчет управляющего кода может быть осуществлен по алгоритму (фиг. 2) микропроцессором или микроЭВМ. Часть графсхемы алгоритма до штриховой линии служит для определения числа импульсов Bi эа объем 1-го разряда управляющего кода за время БП, по формуле:

Указанная формула реализуется последовательным сдвигом БП (деление на 2) и прибавление 1 при нечетном значении сдвигаемого операнда.

Нижняя часть граф-схемы алгоритма служит для определения значения цифр (О или1) в 1-ом разряде управляющего кода путем уравновешивания кода MR весам Вь

Временная диаграмма работы (фиг.

3) интерполятора приведена для МП = 9, БП = 13.

Для указанных приращений значение управляющего кода равно 1010, где 1 справа соответствует старшему разряду.

На временной диаграмме заштрихованные импульсы, снимаемые с первого и третьего выходов счетчика 2 отбираются узлом 4 двоичного умножения и суммируются.

Активным фронтом указанных импульсов является задний фронт, С выхода узла 4 двоичного умножения импульсы, снимаемые с первого и третьего выходов счетчика

2, поступают на вход коммутатора 6. Из вре1674061 ный.Пог., Лог, Лог, Лог., менных диаграмм следует, что на первый информационный вход коммутатора 6 импульсы поступают в каждом такте. На второй информационный, вход коммутатора 6 импульсы поступают с выхода двоичногоумножителя„образованного счетчиком 2 и узлом 4, причем импульсы формируются не в каждом такте. Так, на четвертом, шестом, восьмом и двенадцатом тактах импульсы не формируются (последнее отражено на временной диаграмме штриховой линией).

Отрезок прямой, образованной под воздействием шаговых приращений, соответствующих исходным приращениям

БП =+13, МП =+9, показан на фиг. 4.

В предлагаемом цифровом линейном интерполяторе путем совмещения одним счетчиком счетчика, входящего в состав цифрового интегратора последовательного переноса, и счетчика конца интерполяции обеспечено сокращение аппаратурных затрат по сравнению с устройством-прототипом.

Формула изобретения

Цифровой линейный интерполятор, содержащий узел двоичного умножения, управляемый генератор импульсов, первый выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, выход переноса которого соединен с входом останова управляемого генератора импульсов, вход запуска которого соединен с входом записи счетчика импульсов и входом запуска цифрового линейного интерполяторэ, вход задания большего приращения которого соединен с информационным входом счетчика импуль5 сов, первый вход записи, вход управляющего кода — соответственно с управляющим входом записи и информационным входом первого регистра, второй вход записи цифрового линейного интерполятора подклю10 чен к управляющему входу записи второго регистра, группа информационных входов которого подключена к группе входов признаков координатной ориентации интерполятора, а группа выходов к группе

15 информационных входов коммутатора, группа выходов которого является группой информационных выходов цифрового линейного интерполяторэ, а управляющий вход коммутатора соединен с выходом узла

20 двоичного умножения, первая группа информационных входов которого соединена с разрядными выходами первого регистра, информационный вход коммутатора соединен с первым выходом управляемого гене25 ратора импульсов, второй выход которого является выходом окончания интерполяции цифрового линейного интерполятора, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции за счет уменьше30 ния аппаратных затрат, группа информационных выходов счетчика импульсов подключена к группе инверсных входов узла двоичного умножения.

1674061

1ю z

АиаУ

dewar o

Л@дмг

Фаад ь г

I I I Iип-У

J li f d 7 d У Ю tf 12 O 1 ! баб

2345 б78ЮЮааа -отсутсебуе иипульсо 6 токтобый номент

< 8pwreu

ФИЯ

1674061

g ьз n g Она у

Составитель И. Швец

Редактор М. Товтин Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец

Заказ 2919 Тираж 457 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101