Цифровой кусочно-линейный аппроксиматор

 

! -:.в ткнт но-тех н кчесиай

1 C -, « 1 p p <-,- « ъ

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

<")549818

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 05.03.73 (21) 1890954/24 (51) М. Кл, G 063 3/00 с присоединением заявки №(23) Приоритет(43) Опубликовано 05.03.77Бюллетень №9 (45) Дата опубликования описания 03.05,77

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК681.326 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю. И. Евтеев, Б. И. Кушев, В. С. Пикулин и Б. Н. Юрухин

Воронежский технологический институт и Воронежский политехнический институт (71) Заявители (54) ЦИФРОВОЙ КУСОЧНО-ЛИНЕЙНЫЙ АППРОКСИМАТОР

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для выполнения функциональных преобразований в различных цифровых системах обработки информации.

Известно устройство для кусочно-линейной аппроксимации функций, содержащее два последовательно соединенных регистра, цифроаналоговые преобразователи, интегратор, элемент задержки, регистр, блок умножения и блок установки в нулевое состояи t11Наиболее близким техническим решением задачи является устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, выход кото- j5 рого соединен со стробируемыми выходами регистра текущего значения функции и входом счетчика, выход которого соединен со входом дешифратора пороговых значений аргумента (2) . 20

Недостатками этих устройств являются низкое быстродействие и ограниченные функциональные возможности, Повышение их быстродействия возможно только за счет увеличения частоты следования импульсов 25 генератора тактовых импульсов или уменьшения точности аппроксимации, Целью изобретения является увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены шифратор конечных разностей второго порядка, первый и вторсй сумматоры, регистр текушего значения приращения и элемент ИЛИ. Выход дешифратора пороговых значений аргумента соединен через элемент ИЛИ со стробируемыми входами регистра текущего значения приращения и входом шифратора конечных разностей второго порядка, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра текущего значения приращения, а выход -со входом этого регистра, выход которого соединен со входом второго сумматора, соединенного входом с выходом устройства, а выходом — co входом регистра текущего значения функции, выход которого соединен с выходом устройства. Каждый из разрядов текущего значения функции и регистра текущего значения прирашения содержит потенциальный сумматор„выход которого соединен с первым входом первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены с первыми входами третьего и четвертого 5 элементов И-НЕ соответственно, jk -триггер, j - входы которого соединены с выходами второго и третьего элементов И-НЕ, к-входы — с выходами первого и четвертого элементов И-НЕ, инверсный выход — с первым входом первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ, а прямой выход - с первым входом второй группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со вторым входом потенциального сумматора.15

Вторые входы первого и третьего элементов

И-НЕ и второй вход первой группы входов

И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены шиной

Суммирование", а вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ и второй вход 20 второй группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ объе динены шиной "Вычитание". П ервый вход потенциального сумматора соединен с соответствующим поразрядным выходом устройства, а выход переноса — с входом следую- 25 щего разряда.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового кусочно-линейного аппроксиматора; на фиг. 2 - разряд регистра и сумматоров текущего значения функций и текущего зна- З0 чения приращений, регистр текущего значения функции 1, второй сумматор 2, регистр текущего значения приращения 3, генератор тактовых импульсов 4, элемент ИЛИ 5., первый сумматор 6, шифратор конечных разнос- 5 тей второго порядка 7, дешифратор пороговых значений аргумента 8 и счетчик квантов аппроксимации 9.

Один разряд регистров и сумматоров текущего значения функции и текущего значе- 40 ния приращения (фиг.2) содержит потенциальный сумматор 10, четыре элемента И-HE

11-14 J k — триггер 15 и элементы И-ИЛИНЕ 16.

Цифровой кусочно-линейный аппроксима- 45 тор работает следующим образом.

Значение аппроксимированной функции

1(е) кусочно-линейный аппроксиматор формирует в соответствии со следующей формулой: И

* 50

f(jI = (aÄ-а„,}д|(М) (-а, )Ы()))) {1) где (— текущее значение аргумента фуеькции, для которого формируется значение функции;

0) — пороговое значение аргумента, при котором меняется значение приращения функции или его знак .; тп — номер порогового числа квантов аппроксимации, при котором О. (е < ц, (при К = О,(а„-се„)) = О).

Приращение функции представляет собой конечную разность первого порядка

f {а„) -f (à,,)

Sf(Ь) = " (2) ак-ЕМк, которая в интервале изменения аргумента

a„,< 4< а „остается величиной постоянной и изменяется при переходе от одного интервала изменения аргумента к другому,т.е. изменяется при пороговом значении числа квантов аппроксимации а

Новые значения приращений ацпроксимируемой функции можно формировать, учитывая изменения конечных разностей второго порядка д(д f { М)1 и их знак ьЕ)к) =аЕjk- ) ь(ьЕ)и)) jq) гдед|<„- значение предыдущего прирашеО .Г ния функции с учетом его знака.

Абсолютные значения конечных разностей второго порядка изменяются, как правило, незначительно от,одного порогового знаЧения аргумента к другому, поэтому небольшой ряд фиксированных значений конечных разностей второго порядка позволяет за период опорной частоты генератора тактовых импульсов по предыдущим значениям конечных разностей первого порядка формировать их новые значения с помощью достаточно простых схем.

Перед началом формирования значения аппроксимируемой функции для j -ro значения аргумента регистры 1 и 3 устанавли.ваются в начальное состояние, а счетчик квантов аппроксимации 9 — в нулевое состояние. Начальное значение приращения из регистра 3 подается по первому входу сумматора 2, по второму входу которого подается информация с выхода регистра 1, В исходном состоянии с выхода сумматора 2 по информационному входу регистра 1 подается сумма начального значения функции с ее приращением, т.е. значение функции для =1, При поступлении по стробируемым входам регистра 1 стробируюшего импульса это значение функции. фиксируется на регистре 1, после чего снова подается по вторым входам сумматора 2, на выходе которого формируется очередное значение аппроксимируемой функции для ) =2. Это значение при втором стробируюшем импульсе фиксируется на регистр 1 и т.д. Таким образом, цифровой кусочно-линейный аппроксиматор представляет собой схему параллельно-последовательного действия, которая формирует за каждый такт работы текушее значение функции, изменяя его на приращение.

Текуше :начение приращения формируется следующим образом.

Стробируюшие импульсы от генератора тактовых импульсов .4 поступают на стробируемый вход счетчика квантов аппроксимации 9, на котором они накапливаются.

Дешифратор пороговых значений аргумента

8 после накопления на счетчике квантов аппроксимации 9 числа импульсов, равного первому пороговому значению аргумента а 7 выдает разрешающее напряжение на соответствующую входную шину шифратора ко- 10 нечных разностей второго порядка 7 и вход элемента ИЛИ 5. С выхода шифратора 7 значение конечной разности второго порядка подается на первый вход сумматора 6. По его второму входу из регистра текущего 15 значения приращения функции 3 подается начальное значение приращения. В результате с помощью сумматора 6 на информационные входы регистра 3 подается новое значение приращения функции, которое фикси- 28 руется на нем стробируюшим импульсом

ОМ9 формируемым элементом ИЛИ 5 в соответствии с разрешающим напряжением, выдаваемым дешифратором пороговых значений аргумента 8. Новое значение приращения функ-25 ции сохраняется на регистре 3 до момента накопления счетчиком квантов аппроксимации 9 числа импульсов, равного очередному пороговому значению аргумента, и списанный цикл формирования требуемого 30 значения приращения повторяется. При накоплении счетчиком квантов аппроксимации 9 кода аргументов на регистре 1 формируется значение функции, соответствующее коду аргумента. 35

Формирование текущего значения функции и текущего значения приращения при измерении аргумента от -го к (4 +1) — му значению в предлагаемом цифровом кусочнолинейном аппроксиматоре осуществляется за 40 один такт, В зависимости от знака приращения функции реализуются операции рекурсивного суммирования и вычитания, При выполнении операции суммирования (приращение имеет знак плюс) на шине Суммирование имее ся высокий потенциал, а на шине "Вычитание" — низкий. В результате с элемента

И-ИЛИ-НЕ 16 на второй вход потенциального сумматора 10 подается прямой код текущего значения функции (приращения), зафиксированный jk — триггером 15 регистра

1 (приращения 3). По второму входу разряда сумматора 10 подается код соответ«

55 ствуюшего разряда приращения функции (конечной разности второго порядка), при этом на выходе этого сумматора формируется значение их суммы и через открытые элементы И-НЕ- 11-12 подается на логические входь. "j и М jk -триггера 15, где оно фиксируется стробируюшим импульсом

Ср

Для операции вычитания используется искусственный прием, при котором берется обратный код уменьшаемого, складывается с первым кодом вычитаемого, и полученный результат берется в пржлом коде. При выполнении операции вычитания (приращение имеет знак минус) потенциалы на шинах "Суммирование" и Вычитание" меняются, в результате по второму входу сумматора 10 подается информация, зафиксированная ik - триггером 15 через элементы

И-ИЛИ-НЕ 16, в обратном коде. С помощью сумматора 10 формируется сумма, которая через открытые элементы И-НЕ 13 и 1 1 подается в обратном коде на логические входы jk - триггера и фиксируется на нем стробируюшим импульсом.

Аналогично работают все последующие разряды, причем при получении на разряде сумматора 10 единицы старшего разряда осуществляется ее перенос по выходу L

Xz а перенос от младшего разряда производится по входу С„

Изобретение позволяет значительно повысить быстродействие, не уменьшая точность аппроксимации и расширить круг решаемых задач.

Формула изобретения

1. Цифровой кусочно-линейный аппроксиматор, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со стробируемыми входами регистра текущего значения функции и входом счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора пороговых значений аргумента, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и расширения функциональных возможностей в него введены шиф7 ратор конечных разностей второго порядка

7 первыи и второй сумматоры, регистр текущего значения приращения и элемент ИЛИ, причем выход дешифратора пороговых значений аргумента соединен через элемент

ИЛИ

ЛИ со стробируемыми входами регистра текущего значения приращения и входом шифратора конечных разностей второго порядка, выход которого соедннен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра текущего значения приращения, а выход — с входом регистра текущего значения приращения, выход которого соединен с входом второго сумматора, соединенного своим входом с выходом устройства, а выходом -со

549818 фиг. 1 входом регистра текушего значения функции, выход которого соединен с выходом устройства.

2. Цифровой кусочно-линейный аппроксиматорпоп. 1, отличаюшийся тем, что каждый из разрядов регистра текушего значения функции и регистра текушего значения прирашения содержит потенциальный сумматор, выход которого соединен с первым входом первого и второго элемен- о тов И-НЕ, выходы которых соединены с первыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ соответственно, jk -триггер, jвходы которого соединены с выходами второго и третьего элементов И-HE, -входы- 15 с выходами первого и четвертого элементов -HE, инверсный выход - с первым входом первой группы входов И элемента

И-ИЛИ-НЕ, а прямой выход — с первым входом второй группы входов И элемента И- 20

ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со вторым входом потенциального сумматора; причем вторые входы первого и третьего элементов -HE и второй вход первой группы входов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены шиной "Суммирование, а вторые входы второго и четвертого элементов И-НЕ и второй вход второй группы входов И элемента

И-ИЛИ«НЕ объединены шиной "Вычитание"; первый вход потенциального сумматора соединен с соответствуюшим поразрядным выходом устройства, а выход переноса-свходом следуюшего разряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 378881, G 06 J 3/00 от 02,08.1971 г.

2. Авторское свидетельство № 247642, G 06 G 7/28 от 25.01.68 г. (прототип).

549818

СумчироЮааие и8.

Составитель Л. Захматова

Техред М, Ликович Корректор В, Куприянов

Редактор Л. Утехина

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 347/117 Тираж 902 Подписное

UHNNHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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