Устройство для преобразования координат

 

ЬИОд g: ","

QÏ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08,07.74 (21) 20443о3/18-24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.06.76. Бюллетень Ме 24 (45) Дата опубликования описания 29.11.76 (51) М.Кл G 06 6 7/22

G 06 J 3/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делан изобретений (53) УДК 681.335 (088.8) и открытий (72) Автор ы изобретения

Г. С. Березовский, В. П. Распутный, В. Г. Сидоричев и Ю. А. Усик (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в комбинированных специализированных вычислительных комплексах.

Известно устройство для преобразования прямоугольных координат в полярные, содержащее блок управления и два функциональных узла, предназначенных для выработки сигналов, пропорциональных синусу и косинусу полярного угла, причем первые входы функциональных узлов подключены соответственно к первому и второму входам устройства, а первый и второй входы блока управления подключены соответственно к третьему .и четвертому входам устройства.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Цель достигается тем, что в устройство введены три функциональных узла, блоки суммирования и сравнения и два регистра, причем первые входы третьего и четвертого функциональных узлов подключены соответственно к первым входам первого и второго функциональных узлов, вторые входы первых четырех функциональных узлов объединены и подключены к первому входу пятого функционального узла, к выходу первого регистра и к первому выходу устройства, третьи входы первых четырех функциональных узлов объединены и подключены к второму входу пятого функционального узла, к выходу второго регистра и к второму выходу устройства, первый вход блока сравнения, третий вход пятого и четвертые входы первого и второго функциональных узлов объединены и подключены к шине опорного на пряжения, выходы первого, второго и пятого функциональных узлов подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому выходам устройства, выходы первого и второго функциональных узлов подключены также к четвертым входам соответственно

15 третьего и четвертого функциональных узлов, выходы которых подключены:K входам блока суммирования, выход которого через блок сравнения подключен к третьему входу блока управления, выходы которого подключены

20 соответственно к первым входам регистров, вторые входы которых объединены и пол,ключены .к,пятому входу устройства; .каждый пз первых четырех функциональных узлов содержит трп цифро-аналоговых;преобразователя (ЦАП) и операционный усилитель, причем первый ЦАП и операционный усилитель включены последовательно, второй ЦАП включен в цепь обратной связи операционного усилителя, а третий ЦАП включен между аналоговым входом первого ЦАП и четв.р519724

Зо

О= V. +v- (2) > в

\) cosII =—

D (3) 55

65 тым входом функционального узла, первый, второй и третий входы которого подключены к -цифровым входам соответственно первого, второго и третьего ЦАП, а выход операционного усилителя подключен к выходу функционального узла; пятый функциональный узел содержит последовательно соединенные ЦАП и операпионный усилитель, в обратную связь которого включен второй ЦАП, причем цифровые входы первого и второго ЦАП подключены соответственно к первому и второму входам функционального узла, третий вход которого подсоединен к аналоговому входу первого

ЦАП, а выход — к выходу операционного усилителя; блок управления содержит два,распределителя импульсов, элемент НЕ и триггер, первый вход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого подключен к первым входам распределителей .иьипульсов, первые выходы которых объединены и подключены к второму входу триггера, выход которого подключен к вторым входам .распределителей импульсов, третий вход первого из них подключен к выходу элемента НЕ, вход которого подключен к третьему входу блока управления и к третьему входу второго распределителя импульсов, вторые выходы распределителей импульсов подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления.

:На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит функциональные узлы 1 — 5, блок б суммирования, блок 7 сравнения, блок 8 управления и регистры 9, 10.

Первые входы функциональных узлов 1, 8 и 2, 4 объединены и подключены соответственно ко входам 11, 12 устройства. Вторые входы функциональных узлов 1 — 4 объединены и подключены к выходу регистра 9, к первому входу функционального узла 5 и к выходу,И устройства. Третьи входы функциональных узлов 1 — 4 объединены и подключе. ны ко второму входу функционального узла

5, к,выходу регистра 10 и к выходу 14 устройства. Четвертые входы функциональных узлов 1 и 2, первый вход блока 7 сравнения и третий вход функционального узла 5 объединены и подключены к шине Ii5 опорного напряжения U,. !Выход функционального узла

1 соединен,с четвертым входом функционального узла 8 и с выходом 1б устройства. Выход функционального узла 2 соединен с чет.вертым входом функционального узла 4 и с .выходом 17 устройства. Выход функциональ.ного узла 5 подключен к выходу 18 устройства. Выходы функциональных узлов 8 и 4 .подключены ко входам блока б суммирования, выход которого соединен со;вторым входом блока 7 сравнения. Блок 8 управления первым входом подключен ко входу 19 устройства, вторым входом — ко входу 20 устройства, третьим входом — к выходу блока

7 сравнения, а ыходамп соединен с первыми входами соответственно регистров 9 и 10, вторые входы которых ооъединены и подключены ко входу 21 устройства.

Каждый из функциональных узлов 1 — 4 содержит цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 22, 28, включенные соответственно последовательно с операционным усилителем

24 и в цепь обратной связи его, и ЦАП 25, включенный между аналоговым входом ЦАП

22 и четвертым входом функционального узла, который выходом соединен с выходом операционного усилителя 24, а первым, вторым и третьим входами — с цифровыми входами соответственно ЦАП 22, ЦАП 28 и ЦА П 25.

Функциональный узел 5 содержит ЦАП

22, ЦА П 28 и операционный усилитель 24, включенные аналогично вышеописанному.

Аналоговый вход ЦАП 22 подключен к третьему входу функционального узла 5.

Блок 8 управления содержит два распределителя 2б, 27 импульсов, элемент НЕ 28 .. триггер 29, первый вход которого подключен к первому входу блока 8 управления, второй вход которого подключен к первым входам распределителей 2б, 27 импульсов, первые выходы которых объединены и подключены к второму входу триггера 29, выход которого подключен к вторым входам распределителей

2б, 27 .импульсов, третий вход распределителя

2б импульсов подключен к выходу элемента

НЕ 28, вход которого подключен к третьему входу блока 8 управления и к третьему входу распределителя 27 импульсов. Вторые входы распределителей 2б, 27 импульсов подключены соответственно к первому и второму выходам блока 8 управления. Принцип работы устройства заключается в следующем.

Если даны прямоугольные координаты Х, У точки А в условной системе координат

УОХ, то определение полярных координат (полярного, расстояния D и полярного угла р, представленного в виде угловых коэффициентов sin P, cos P) производится по формулам:

Вычисление полярных координат в предлагаемом устройстве основано на моделировании неявной функции — ) + — ) — 1 =0. DD) В)—

При заданных значениях х и у известное тождество sin P + cos P = 1 достигается, как .это Видно из выражений (2) и (3), только при определенном значении искомого D..Вычисление полярного расстояния D производится изменением кодов регистров 9 и 10. Hpп этом в предлагаемом устройстве имеет место

519724

N„. - 0 У 10

0 (4) N), uIII«, — uo 1у1 1 10

0 (5) (м,. ") в вз 0 1N (ж„

uB uo 1 ™10) .I (6) (7) N„ (авив — Un N

10 (8) где U,„„„„,— U„,„„, (1вых0

1Ч,, N 9 Л 1О ф N2 + Д2 111

60 занимает

U„,„,= U, —" N„, -1- — - N„, (9) — выходные напряжения функциональных узлов

1 — 5 соответственно; — выходное напряжение блока б суммирования; — опорное напряжение (шина lб); — числа кодов, поступающих на функциональные узлы 1 — 4 с входов соответственно 11 и 12 устройства; — числа кодов регистров

9 и 10 соответственно.

Процесс вычисления полярных координат заключается в уравновешивании напряжений

11вы.„и Uo. ПРи Равенстве этих напРЯжений на регистрах 9 и 10 устанавливаются числа, определяемые из равенства

U, = U„... == U„- - N„+ — - - N„.(1O)

Откуда где N> — цифровое значение полярного расстояния. При этом на выходе 18 устройства устанавливается напряжение, определяемое из выражений (1) н (8). 1выхы (1вы«, — Uo )/Я2 + N2 uoND (1о) т. е. соответствующее первой полярной координате — полярному расстоянию D.

На выходах lб и 17 устройства устанавливаются напряжения, определяемые выражениями (2), (3) и (4), (5):,Ук

U„„.„=U,,, =--= U, —... U,sin ) (13)

1/ Л1 1 N2 к

U„,.„„= U,„„= U -- — = — = U,cos ), (14) О)/ N2 - N2 к у

55 т. е. соответствующие угловым коэффициентам полярного угла Р.

Устройство работает следующим образом.

IB исходном состоянии разряды регистров

9 и 10 находятся в «единичном» состоянии (N9 = N1o = 1). Состояние блока 7 сравнения будет определяться э паком разности напряжений U„„,, — U,. При U„„,, — u„< О, т. е. при

VN + N (1, блок 7 сравнения формирует разрешающий уровень, поступающий через элемент НЕ 28 блока 8 управления на третий вход распределителя 2б импульсов.

При U„,,-,— U,)О, т. е. при)/N,—;N, )1, разрешающий уровень с блока 7 сравнения поступает на третий вход распределителя 27 импульсов. .Процесс преобразования начинается при поступлении сигнала начала преобразования (вход 19 устройства), по которому триггер 29 перебрасывается и .на вторые входы распределителей 2б, 27 поступает разрешающий уровень.

При U.„... — Uo(0 тактовые импульсы, поступающие на первые входы распределителей 2б и 27 импульсов с входа 20 устройства, начинают проходить через распределитель 2б импульсов на первый вход регистра 9. ,Последовательность дальнейшей работы устройства основана на известном методе последовательно-параллельного во времени уравновешивания, который заключается в последовательном, начиная со старшего разряда, определении цифр каждого разряда регистра 9.

Определение цифр каждого разряда регистра 9 производится с помощью блока 7 сравнения следующим образом.

Первый тактовый импульс устанавливает старший разряд регистра 9 в состоянии «0».

Это вызывает изменение выходных напряже,ний функциональных узлов 1 — 5 и блока б суммирования согласно выражениям (4), (5), (6), (7), (8), (9). При этом, если значение .разности U„... — D изменилось, то блок 7 сравнения вырабатывает импульс, который через элемент НЕ 28 и распределитель 2б импульсов возвращает старший разряд регистра 9 в состояние «1». Если знак разности

U,„... — U не изменился, то блок 7 сравнения импульса не вырабатывает, и старший разряд регистра 9 остается в состоянии «0».

Определение значений остальных разрядов регистра 9 производится аналогично по мере поступления тактовых импульсов.

После определения цифры младшего разряда регистра 9 распределитель 2б импульсов формирует импульс конца преобразования, который поступает с его первого выхода на второй вход триггера 29, устанавливая последний в исходное состояние.

Вссь процесс преобразования

519724

Время 1рр =пТ, где n — число разрядов регистра 9;

Т вЂ” период повторения тактовых импульсов.

В процессе уравновешивания в регистре

9 фиксируется число, определяемое пз выражения (10) при И о =- 1 а <а выходах 18, 1б, 17 устройства устанавливаются напряжения, соответствующие выражениям (12), (13) и (14).

В случае, когда в исходном состоянии

У„„,, — 0 >0, т. е. у у + N -) 1, разрек )I шаю:ций уровень с блока 7 сравнения поступает на распределитель 27 импульсов, тактовые импульсы будут приходить на регистр

10. При этом последовательность работы устройства аналогична вышеописанному. В процессе уравновешивания в регистре 10 фиксируется число, определяемое из выражения (10) при Ng — — 1

1 — — = P N -+- N =Л)в, N10 а на выходах 18, 16, 17 устройства устанавливаются,напряжения, соответствующие выражениям (12), (13) и (14).

В обоих описанных случаях на выходах

18, 14 устройства фиксируются числа, определяющие значение полярного расстояния, соответствующее выражению (8).

Для осуществления следующего преобразования регистры 9 -и 10 устанавливаются в исходное («единичное») состояние сигналом установки, поступающим со входа 21 устройства, Таким образом, сокращение времени преобразования прямоугольных координат в полярные в предлагаемом устройстве относительно известного очевидно, так как процесс вычисления полярного расстояния занимает время, равное и тактам, а собственно процесс вычисления значений угловых коэффициентов отсутствует, так как происходит одновременно с вычислением полярного расстояния.

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования координат, содержащее блок управления и два функциональных узла, предназначенных для выработки сигналов, пропорциональных соответственно синусу и косинусу полярного угла, причем первые входы функциональных узлов подключены соответственно к первому и второму входам устройства, а первый и второй входы блока управления подключены соответственно к третьему и четвертому входам устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно содержит три функциональных узла, блок сумми5 ю

65 рования, блок сравнения и два регистра, причем первые входы третьего и четвертого функциональных узлов подключены соответственно к первым входам первого и второго функциональных узлов, вторые входы первых четырех функциональных узлов объединены и подключены к первому входу пятого функционального узла, к выходу первого регистра и к первому выходу устройства, третьи входы первых четырех функциональных узлов объединены и подключены к второму .входу пятого функционального узла, к выходу второго регистра и к второму выходу устройства, первый вход блока сравнения, третий вход пятого и четвертые входы первого .и второго функциональных узлов объединены и подключены к источнику опорного напряжения, выходы первого, второго и пятого функциональных узлов подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому выходам устройства, выходы первого и второго функциональных узлов подключены,к четвертым входам соответственно третьего и четвертого функциональных узлов, выходы которых подключены к входам блока суммирования, выход которого через блок сравнения подключен к третьему .входу блока управления, выходы которого подключены соответственно к первым входам .регистров, вторые входы которых объединены .и подключены к пятому входу устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из первых четырех функциональных узлов содержит три цифро-аналоговых преобразователя (ЦА П) и операционный усилитель, причем первый ЦАП и операционный усилитель включены последовательно, второй ЦАП включен в цепь обратной связи операционного усилителя, а третий ЦАП включен между аналоговым входом первого

ЦА П и четвертым входом функционального узла, первый, второй и третий входы которого подключены к цифровым входам соответственно первого, второго и третьего ЦАП, а выход операционного усилителя подключен к выходу функционального узла, 3. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что пятый функциональный узел содержит последовательно соединенные ЦАП и операционный усилитель, в обратную связь которого включен второй ЦАП, причем цифровые входы первого и второго ЦАП подключены соответственно к первому и второму входам функционального узла, третий вход которого подсоединен к аналоговому входу первого ЦАП, а выход — к выходу операционного усилителя.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два распределителя импульсов, элемент НЕ и триггер, первый,вход, которого подключен к первому входу блока управления, .второй вход которого подключен к первым входам распределителей импульсов, первые выходы которых объединены и подключены к второму входу триггера, выход которого подключен к вто519724

11 с гг гз н в тг

2l S3

1з 20

Составитель E. Потапов

Техред 3. Тараненко

Корректор И. Симкина

Редактор Э. Кононович

Заказ 1020 1570 Изд. № 1782 Тираж 495 Подписное

НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фпл. пред. «Патент» рым входам распределителей импульсов, третий вход первого из них подключен к выходу элемента НЕ, вход которого подключен к третьему входу блока управления и к третьему входу второго распределителя импульсов, вторые выходы распределителей импульсов подключены соответственно к первому и второму выходам блока управления.