Синусно-косинусный функциональный преобразователь

 

0 П И С А Н И Е 283693

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со@а Соеетских

Социалистических

Реолуйлик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено ЗО.VI.1969 (№ 1341626/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 06.Х.19?О. Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 22.ХП.1970

Кл. 42и, 7/26

42m, 3/00

МПК G 06g 7/26

G 06J 3/00

УДК 681.335.813 (088.8) Комитет оо делам иаобретеиий и открытий ари Сосете сеииистрое

СССР

ВСЕСОЮЗНАЯ

Авторы изобретения

П. М. Чеголин, А. Г. Ярусов и Г. И. Алексеев

Институт технической кибернетики АН Белорусской ССР

Заявитель

СИНУСНО-КОСИНУСНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Предлагаемый синусно-косинусный функциональный преобразователь относится к области вычислительной техники и может найти применение при вычислении синуса или косинуса от аргумента, заданного в виде унитарного кода, в цифровых и цифро-аналоговых вычислительных устройствах.

Известен синусно-косинусный функциональный преобразователь, содержащий счетчик со схемой совпадения на входе, подключенный к преобразователю кода в напряжение, триггеры, схемы совпадения, схемы «ИЛИ».

Недостатком такого преобразователя является невысокая точность работы вследствие накопления ошибки. Кроме того, известный преобразователь не позволяет вычислять функции от отрицательного аргумента.

Предлагаемый синусно-косинусный преобразователь отличается от известного тем, что он содержит нелинейный элемент, подключенный к выходу преобразователя кода в напряжение, блок управления реверсивным счетчиком, выполненный на двух схемах «ИЛИ», подключенных к триггеру, единичный и нулевой выходы которого подключены соответственно к шинам суммирования и вычитания реверсивного счетчика, и блок пропускания одного импульса кода аргумента при экстремальных значениях выходной функции, выполненный на двух схемах «ИЛИ», подключенных через триггер к схеме совпадения, включенной на входе реверсивного счетчика и связанной вторым своим входом с источником входного сигнала и с входом одной из схем «ИЛИ» блока пропускания импульсов, при этом дешифрагор, подключенный к реверсивному счетчику, соединен своими выходами, соответствующими нулевому и максимальному числам в реверсивном счетчике, со входами обеих схем

1о «И И» блока управления реверсивным счетчиком и с двумя входами второй схемы

«ИЛИ» блока пропускания импульса.

Кроме того, преобразователь содержит блок

15 учета знака аргумента, состоящий из схемы совпадения, подключенной к единичному выходу триггера и к входной клемме знака аргумента, причем единичный и нулевой входы триггера связаны соответственно с входными клеммами признака синуса и косинуса, со входами реверсивно о счетчика, со входами одной из схем «ИЛИ» блока пропускания импульса и со входами обеих схем «ИЛИ» блока управления реверсивным счетчиком, а выход схемы совпадения подключен ко входу одной из схем «ИЛИ» блока управления реверсивным счетчиком.

Это позволяет сократить оборудование, вычислять функции от знакопеременного аргумента, повысить точность вычисления функ283693 ций от больших аргументов. При этом аргумент может изменяться в пределах +- oo.

На фиг. 1 представлена функциональная схема синусно-косинусного функционального преобразователя; на фиг. 2 — схема преобразователя кода в напряжение и нелинейного элемента; на фиг. 3 — временная диаграмма напряжения на выходе преобразователя и временная диаграмма напряжения У„„на выходе преобразователя кода в напряжение в режиме холостого хода, т. е. при отключенном нелинейном элементе.

Преобразователь содержит реверсивный счетчик 1, преобразователь 2 кода в напряжение, нелинейный элемент 8, дешифратор 4, триггеры 5 — 7, схемы совпадения 8 и 9, схемы

«ИЛИ» 10 — 18. На входные клеммы 14 — 17 подаются соответственно модуль аргумента (в виде унитарного кода), знак аргумента, признак косинуса и признак синуса. 18 и 19— выходы дешифратора 4,: соответствующие нулевому и максимальному (N) коду реверсивного счетчика 1. С клеммы 20 (фиг. 2) снимается результат вычислений в виде аналогового напряжения.

Преобразователь 2 кода в напряжение содержит резисторы 21 — 28 и триггеры 29 — 32.

Нелинейный элемент 3 выполнен на диодах

88 — 88 и резисторах 89 — 50.

Реверсивный счетчик 1 (фиг. 1) предназначен для счета импульсов аргумента, которые поступают со входа 14 через схему совпадения 8. Реверсивный счетчик 1 может работать в режиме суммирования или вычитания в зависимости от состояния триггера 6. Импульсом признака косинуса (клемма 16) в счетчике 1 может устанавливаться максимальный код N, а импульсом признака синуса (клемма 17) — код, равный половине максимального, Реверсивный счетчик 1 соединен с преобразователем 2 и дешифратором 4.

Преобразователь 2 предназначен для преобразования двоичного кода, находящегося в реверсивном счетчике 1, в аналоговое напряжение. Преобразователь 2 соединен с нелинейным элементом 8, предназначенным для выполнения кусочно-линейной аппроксимации полупериода синусоиды от отрицательного до положительного экстремума. В зависимости от напряжения, поступающего с преобразователя 2, сопротивление нелинейного элемента

8 изменяется по закону синуса, Дешифратор 4 предназначен для дешифрования кода, находящегося в реверсивном счетчике 1, и формирования импульсов на выходах 18 и 19 соответственно при нулевом и максимальном коде в реверсивном счетчике 1. Выход 18 дешифратора 4 соединен через схемы

«ИЛИ» 10 с нулевым входом триггера 5 и через схему «ИЛИ» 18 с единичным входом триггера. Выход 19 дешифратора 4 соединен через схему «ИЛИ» 10 с нулевым входом триггера 5 и через схему «ИЛИ» 12 с нулевым входом триггера 6.

Триггер 5 предназначен для управления схемой совпадения 8 и единичным выходом соединен с ее входом, На второй вход схемы совпадения 8 поступает унитарный код аргуз мента с входной клеммы 14. Выход схемы совпадения 8 подключен к счетному входу реверсивного счетчика 1. Входная клемма 14 через схему «ИЛИ» 11 соединена также с единичным входом триггера 5. Триггер 5, схема совр падения 8, схемы «ИЛИ» 10 и 11 составляют схему для пропускания одного импульса входного аргумента в моменты, когда этот аргумент принимает значения N, 2N,...,kN, соответствующие экстремальным значениям выл ходной функции на клемме 20.

Триггер 6 предназначен для управления работой реверсивного счетчика 1. Единичным выходом триггер 6 подключен к шине суммирования, а нулевым выходом — к шине вычи2о тания реверсивного счетчика 1. Если триггер

6 находится в единичном состоянии, то счетчик 1 работает в режиме суммирования, если в нулевом — в режиме вычитания.

Триггер 7 предназначен для управления

25 схемой совпадения 9. Нулевой вход триггера

7 соединен со входной клеммой 16, а единичный вход в со входной клеммой 17. Единичный выход триггера 7 соединен с входом схемы 9, второй вход которого соединен со входЗо ной клеммой 15. Выход схемы совпадения через схему «ИЛИ» 12 соединен с нулевым входом триггера 6. Триггер 7 и схема совпадения

9 вместе составляют схему для учета знака аргумента. з5 Аттенюатор (фиг. 2) состоит из резисторов двух номиналов: резисторы 24 — 28 имеют в два раза большее сопротивление, чем резисторы 21 — 23. Аттенюатор предназначен для деления напряжений, поступающих от триг4О геров 29 — 82, и подключен своими звеньями к единичным выходам этих триггеров. К триггерам 29 — 82 подключены два эталонных напряжения +- С . Выход 20 аттенюатора подключен к нелинейному элементу, состоящему

4s из двух частей (диоды 83 — 85 и резисторы

89 — 44 предназначены для кусочно-линейной аппроксимации четверти периода синусоиды от отрицательного экстремума до нуля, а диоды 86 — 38 и резисторы 45 — 50 — для кусочноsp линейной аппроксимации четверти периода синусоиды от нуля до положительного экстремума).

Р ез и сто ры 39, 40; 41, 42; 48, 44; 45, 46; 47, 48 и

49, 50 соединены попарно. Свободные концы у этих резисторов подключены следующим образом: резисторы 89, 41 и 48 — к эталонному напряжению — U резисторы 45, 47 и 49 — к эталонному напряжению + С „резисторы 40, 42, 44, 46, 48 и 50 — к нулевой шине (корпусу). бо Катоды диодов 88 — 85 и аноды диодов 86—

88 соединены вместе и подключены к выходу аттенюатора. Аноды диодов ЗЗ, 84 и 85 подключены к общим точкам пар резисторов 89, 40; 41, 42 и 43, 44 соответственно. Катоды

6s диодов 86, 87 и 88 аналогично подключены к

283693 общим точкам пар резисторов 45, 45; 47, 48 и

49, 50.

Преобразователь 2 в режиме холостого хода работает следующим образом

Если триггеры 29 — 82 установлены в нулевое состояние, то на выходах этих триггеров будет эталонное напряжение — U,. Вследствие того, что на все звенья аттенюатора поступает напряжение — U, на выходе 20 будет максимальное отрицательное напряжение, близком к — U, (см фиг. 3). При равномерном увеличении числа на триггерах 29 — 82 напряжение в точке 20 ступенчато возрастает, проходя через нуль при коде, равном полови/ 1 не максимального — N . При достижении максимального кода N все триггеры 29 — 82 будут в единичном состоянии и па звенья аттенюатора поступает эталонное напряжение

;+ U, вследствие чего на выходе 20 аттенюатора будет максимальное положительное напряжение, близкое к + U,.

Синусно-косинусный функциональный преобразователь без нелинейного элемента 8 работает следующим образом.

Если в реверсивном счетчике 1 пулевое число, то все триггеры 29 — 82 находятся в нулевом состоянии и на их единичных выходах фиксируется эталонное напряжение — U,.

Вследствие того, что на все звенья аттенюатора поступает отрицательное напряжение — U„ на выходе 20 будет максимальное отрицательное напряжение, близкое к — U, (фиг. 3). При равномерном увеличении числа в счетчике 1 напряжение U»„ в точке 20 ступенчато возрастает, проходя через нуль при коде, равном по/ 1 ловине максимального — N . По достиже г нии в реверсивном счетчике 1 максимального кода N все триггеры 29 — 82 будут в единичном состоянии и на все звенья аттенюатора будет поступать эталонное напряжение + U, вследствие чего на выходе 20 будет максимальное положительное напряжение, близкое к + U (см. фиг, 3).

При коде У в счетчике 1 на выходе 19 дешифратора 4 вырабатывается импульс, который проходит через схему «ИЛИ» 12 и устанавливает триггер б в нулевое состояние, в результате чего реверсивный счетчик 1 переключается в режим вычитания, Импульс с выхода

19 дешифратора 4 через схему «ИЛИ» 10 поступает также на нулевой вход триггера 5, в результате чего схема совпадения 8 закрывается. (N + 1)-й импульс, поступающий со входа 14, через закрытую схему совпадения 8 на счетчик 1 не проходит. Этот же импульс через схему «ИЛИ» 11 устанавливает триггер 5 в единичное состояние, открывая схему совпадения 8 для прохождения на счетчик 1 следующих импульсов. Вследствие того, что реверсивный счетчик 1 работает теперь на вычитание, число, находящееся в нем, уменьшается.

По мере уменьшения числа в счетчике на5

15 го

Зо

65 пряжение U,„íà выходе ПКН также уменьшается. После поступления со входа 14 2N импульсов число в счетчике равно нулю. При этом на выходе 18 дешифратора 4 вырабатывается импульс, который через схему «ИЛИ»

18 устанавливает триггер б в единичное состояние, в результате чего счетчик 1 переключается на режим суммирования. Импульс с выхода 18 дешифратора 4 поступает также через схему «ИЛИ» 10 на триггер 5, который устанавливается в нулевое состояние и закрывает схему совпадения 8. (2Л + 1)-й импульс через схему «ИЛИ» 11 устанавливает триггер

5 в единичное состояние, но на счетчик 1 не проходит. При поступлении следующих импульсов со входа 14 синусно-коспнусный функциональный преобразователь работает аналогично. Если импульсы со входа 14 поступают непрерывно, то число в реверсивном счетчике

1 циклически изменяется от нуля до N и обратно до нуля, а выходное напряжение U,„ â точке 20 прп отключенном нелинейном элементе 8 равномерно возрасгет от = — U> до — U и обратно до = — U, В моменты реверсирования счетчика 1 (при поступлении со входа 14 У, 2Л,...,lгУ импульсов) один из входных импульсов пропускается. Это необходимо для того, чтобы положительная и отрицательная части ступенчатого пилообразного напряжения U„, на выходе 20 преобразователя 2 были симметричны.

Нелинейный элемент 8 представляет собой схему, сопротивление которой изменяется в зависимости от поступающего на нее напряжения, и является нагрузкой преобразователя 2, Если напряжение холостого хода У„„преобразователя 2 близко к — U, то диоды 88—

85 открыты, При этом образуется делитель напряжения, состоящий из внутреннего сопротивления аттенюатора и сопротивления, составленного пз параллельно включенных резисторов 89 — 44. При этом напряжение Ugp

HB выходе 20 аттенюатора pBBHo — UMavc.

l7o мере увеличения числа в счетчике 1 напряжение холостого хода U,„ïðåîáðBçîвателя 2 уменьшается. При этом по очереди закрываются диоды 88 — 85, отключая резисторы 89 — 44, и аттенюатор нагружается нелинейным элементом 8 все меньше и меньше.

В тот момент, когда напряжение У„„проходит через нуль, все диоды закрыты. По мере возрастания напряжения U„B положительную сторону начинают открываться диоды

8б — 88 все больше и больше нагружая аттенюатор. В момент, когда число в счетчике 1 равно максимальному N напряжение Uzp достигает + U „. Резисторы 89 — 50 рассчитаны так, что закон изменения напряжения Uqp соответствует отрезку синусоиды от отрицательного экстремума до положительного.

Выше было указано, что при непрерывном поступлении импульсов на вход 14 число в реверсивном счетчике 1 циклически изменяется от нуля до N и обратно. Выходное напряже

283693

10

15 ние Ugp синусно-косинусного функционального преобразователя при этом также циклично изменяется по синусоидальному закону от отрицательного экстремума до положительного и обратно. Закон изменения напряжения Ugp во времени синусоидальный.

В отличие от обычного генератора синусоидальных колебаний выходное напряжение предлагаемого синусно-косинусного преобразователя может быть зафиксировано на любом значении синусоиды путем прекращения подачи входных импульсов (клемма 14).

При вычислении синуса предлагаемый синусно-косинусный функциональный преобразователь работает следующим образом.

Перед подачей аргумента синуса на клемму

17 подается признак синуса, которьш устанавливает в единичное состояние триггеры 5, б и 7 и заносит в реверсивный счетчик 1 число, рав/ 1 ное половине максимального — N . Прп этом г на выходе 20 напряжение U p равно нулю (точка — N на фиг. 3), а реверсивный счет1

2 чик 1 подготовлен к режиму суммирования.

Если знак аргумента положительный, то на клемму 15 не поступает импульс знака, а при поступлении серии импульсов па вход 14 (аргумент задан в виде числа импульсов) напряжение Ugp возрастает от нуля. Зто напряжение изменяется во времени по закону синуса от положительного аргумента и после поступления всех импульсов аргумента оно устанавливается на уровне, пропорциональном синусу числа импульсов, поступивших на вход 14.

Если знак аргумента синуса отрицательный, то на клемму 15 поступает импульс знака, который проходит через схему совпадения 9 и схему «ИЛИ» 12 и устанавливает триггер б в нулевое состояние, что соответствует режиму вычитания реверсивного счетчика 1. При поступлении входных импульсов на клемму 14 напряжение U p изменяется от нуля в отрицательную сторону по закону синуса отрицательного аргумента.

При вычислении косинуса синусно-косинусный функциональный преобразователь работает следующим образом.

Перед подачей аргумента косинуса на клем<у 1б поступает импульс признака косинуса, который устанавливает триггер 5 в единичное состояние, триггеры б и 7 — в нулевое, а в счетчик 1 заносит максимальное число Х Выходное напряжение U>p равно максимальному

У„(точка N на фиг. 3), а реверсивный счетчик1подготовлен к режиму вычитания. Вследствие того, что триггер 7 находится в нулевом состоянии и схема совпадения 9 закрыта, знак аргумента косинуса (клемма 15) не учитывается. При поступлении серии импульсов аргумента на вход 14 выходное напряжение Upp уменьшается от положительного экстремума

60 (фиг. 3), т. е. изменяется по закону косинуса независимо от знака аргумента (функция косинуса является четной).

Таким образом, предлагаемый синусно-косинусный функциональный преобразователь позволяет вычислять значения синуса или косинуса от аргумента, заданного в виде унитарного кода. При этом учитывается знак этого аргумента. Точность вычислений зависит от числа разрядов и точности работы преобразователя кода в напряжение, числа звеньев и стабильности работы нелинейного элемента, Предмет изобретения

1. Синусно-косинусный функциональный преобразователь, содержащий реверсивный счетчик со схемой совпадения на входе, подключенный к преобразователю кода в напряжение, отлича ощийся тем, что, с целью повышения точности работы преобразователя при больших значениях аргумента, он содержит нелинейный элемент, подключенный к выходу преобразователя кода в напряжение, блок управления реверсивным счетчиком, выполненпый на двух схемах «ИЛИ», подключенных к триггеру, единичный и нулевой выходы которого подключены соответственно к шинам суммирования и вычитания реверсивного счетчика, и блок пропускания одного импульса кода аргумента при экстремальных значениях выходной функции, выполненный на двух схемах

«ИЛИ», подключенных через триггер к схеме совпадения, включенной на входе реверсивного счетчика и связанной вторым своим входом с источником входного сигнала и с входом одной из схем «ИЛИ» блока пропускания

k:ìïóëüñà, при этом дешифратор, подключенный к,реверсивному счетчику, соединен своими выходами, соответствующими нулевому и максимальному числам в реверсивном счетчи ке, со входами обеих схем «ИЛИ» блока управления реверсивным счетчиком и с двумя входами второй схемы «ИЛИ» блока пропускания импульса.

2. Синусно-косинусный функциональный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможкостей устройства, он содержит блок учета знака аргумента, состоящий из схемы совпадения, подключенной к единичному выходу триггера и к входной клемме знака аргумента, причем единичный и нулевой входы триггера связаны соответственно с входными клеммами признака синуса и косинуса, со входами реверсивного счетчика, со входамп одной из схем «ИЛИ» блока пропускания импульса и со входами обеих схем «ИЛИ» блока управления реверсивным счетчиком, а выход схемы совпадения подключен ко входу одной из схем

«ИЛИ» блока управления реверсивным счетчиком.