Многоразрядный функциональный преобразователь

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистииеских

Республик (1 ) 5 85 506 ( (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 03.02.75(21) 2102124/24 с присоединением заявки № (23) Г!риорнтет (43) Опубликовано 25.12.77,Бюллетень № 47 (51) М. Кл.

& 06 J 1/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР но делам иэаоретений н открытий (53) УДК (овв.H) (46) Дата опубликования описания,.27,12.77 (72) Авторы изобретения

Ю. А. Кочкарев и Я. Д. Зарецкий

Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (71) Заявитель (54) МНОГОРАЗРЯДНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

ПР ЕОБР АЗОВ АТ ЕЛЬ

Устройство относится к области гибридной вычислительной техники и предназначено для использования в качестве решающего блока в вычислительных устройствах, оперирующих с многоразрядными числами, аналоговой системой переработки информации.

Известны универсальные диодные функциональные преобразователи, которые исполээуют кусочно-линейную аппроксимацию эа- ð данных функциональных зависимостей jl).

При этом аргумент и функциями моделируются некоторыми напряжениями или токами, и в связи с этим, точность этих устройств весьма ограничена. 15

Наиболее близким техническим решением является многоразрядный функциональный преобразователь, содержащий блок определения участка аппроксимацяи, блок управления величиной угла наклона и многоразрядный и сумматор, выход которого через блок нормализации соединен с группой выходов преобразователя (21.

Укаэанный функциональный преобразователь обладает сложной конструкцией, т.к. позво- к ляет моделировать только монотонные функции со второй производной неизменного знака.

Кроме того, на аппроксимацию накладьтвается условие, чтобы в узлах излома некоторые координаты узлов являлись круглыми числами, т. е. состояли из одного1старшего разряда, что во многих случаях является неудобным.

В предлагаемом многоразрядном преобразователе, с целью упрощения его структуры, группа входов блока определения участка аппроксимации соединена с первой группой преобразователя и с первой группой входов многоразрядного сумматора, вторая группа входов которого через блок управления величиной угла наклона:соединена с груп пой выходов блока определения участка аппроксимации,, последниИ выход которого подключен к соответствующему входу сумматора, третья группа входов которого является второй группой входов преобразователя; при этом многразрядный сумматор содержит резисторно-ключевую матрицу, две группы входов которой подключены соответственно к первой и второй группам входов многораз585506 рядного сумматора, а группа, выходов резисторнс -ключевой матрицы через управляемые ключи соединена с входом инвертора и первым входом двухпоэиционного ключа, второй вход которого подключен через масштабны% резистор к выходу инвертора, а выход двухаозиционного ключа соединен с соответствующим входом многоразрядного сумматора я входом выходного усилителя, а блок опре деления участка аппроксимации содержит щ резисторную матрицу, горизонтальные шины которой соединены с группой входов блока, вертикальные шины разделены на две группы, шины первой из которых через ключи соединены с первым выводом масштабно; го резистора, второй вывод которого пошипсо чен ко второму выходу блока, каждая вертикальная шина второй группы через соо ветствуюшие последовательно соединенные операционный усилитель, управляемый ключ. М С-фильтр и логический элемент подключена к соответствующему выходу < блока, управляющие входы управляемых ключей подключены к соответствующему входу блока.

На фиг. 1 показана стуктурная схема 2s функционального преобразователя на фиг. 2структурная схема блока опоеделения участка аппроксимации и управления величиной смешения; на фиг. 3 - структурная схема блока управления величиной углового коэффи- 30 циеита и схема реэисторно-ключевой матрицы многоразрядного сумматора; на фиг. 4графяк аппроксимируемой функции.

Функциональный преобразователь содер-жит многоразрядный сумматор 1„блок 2

35 определения участка аппроксимации, блок 3 управления величиной угла наклона и блок

4 нормализации.

Многоразрядный сумматор 1 (см. фиг. 1 и фиг. 3) состоит иэ реэисторно-ключевой

4Q матрицы 5 управляемых ключей 6, управлявмых разрядными компонентами независимого переменного Х (аргумента функции), инвертора 7, двухпозиционного ключа 8 и выходного усилителя 9. Резисторно-ключевая матрица 5 (см. фиг. 3) имеет 2 и -1 вертикальных шин, подключаемых к генератору ортогональных сигналов Я1, 3 „„, Яй,, где и — число разрядов аргумента Х и углово50 го коэффициента К; и Ф горизонтальных выходных шин, на которых формируются несинусоидальные периодические сигналы моделирующие угловой коээфициент К с (о нулевым сдвигом, а также К

О) то же, со сдвигом на один разряд влево, К - то (Ц же, со сдвигом на два разряда влево и т.д.

К (т -1)

Укаэанные шины через управляемые ключ

6 соединены с суммируюшей точкой выходо0 ного усилителя 9, в зависимости от положения двухпоэипионного ключа 8, непосредственно или через инвертор 7. Кроме этого, к суммирующей точке выходного усилителя 9 подключен выход 6aqyr.а

2 определения участка аппроксимации, который также управляет величиной смешения.

Через этот выход передается сигнал моделирующи и с мещени е аппроксилирующих отрезков на различных участках аппроксимации (см. фиг. 4).

На выходе усилителя 9 получается сигнал, моделирующий функцию У в ненормализован-. ной форме, т.s. в такой форме, когда ортогональные составляющие, моделирующие отдельные разряды числа У, несмотря на двоичную систему счисления, имеют уровни, превышающие единицу. Для нормализации результата, ю" если в этом есть необходимость, используется блок нормализации 4.

Блок 2 определения участка аппроксимации (см. фиг. 2) содержят резисторную мат риду 10, предназначенйую для формировании сигналов, моделирующих координаты Х, 1

Х ....,.Х границ участков аппроксй-. мации (точек излома), где m — число учас ков аппроксимации (отрезков ломаной), а также для формирования сигналов, моделирующих величины постоянных смешений t©, Л.

Lс,... Lд р где а B с, ...., m - обозначение участков аппроксимации на фиг. 4.

Обе части резисторной матрицы 10 разделены штрих-пунктирной линией. Горизонтальные шины матрицы 10 присоединены к группе входов преобразователя, на которые подаются ортогональкые сигналы,,... Я.< причем, учитывая то обстоятельство, что величины Х „ и L могут быть различного знака, горизонтальные шины являются сдвоенными и от каждого выхода генератора ортогональных сигналов (на чертежах генератор не показан, т. к. является внешним устройством и не входит в состав преобразователя) используются два противофазных сигнала, моделирующих положительные числа (шины со знаком +) и отрицательные числа (шины со знаком — ). Резисторы матрицы

10 набираются; заранее с учетом величины и знака Х и Ь .

Вертикальные бойнй левой части матрицы

10, предназначенные для выработки сигналов -Х, -Х „..... -Х „, подключены к суммирующим точкам операционных усилителей 11, куда .также через резисторы подключена входная клемма преобразователя с сигналом моделирующим аргумент Х.

Выходы операциониых усилителей 1 1 подключены к входам управляемых ключей

12, управлпошие входы которых подключе-. ны к источнику ортогональных сигналов так, что .а их входах сигнал является суммой

585506

60 всех сигналов генератора с минусовых ший т.е. нв вс управляющие входы подается сигнал! 3 R. . Выходы ключей 12 через

gsj интегрирующие RC — фильтры 13 подклю-, чены к логическим элементам 14 (НЕ) и . логическим элементам 15 (ИЛИ-НЕ). Логические элементы 15 предназначены для выработки сигналов, которые указывают участок аппроксимации, а, в, с, ......, и ! /

as котором находится аргумент Х, т.е. если, например, величина Х лежит между значениями Х и Х (участок в); то на выходе сигнал будет представлять собой логическую единицу, а на всех остальных

1 выходах а, с......, re — логические нули.

Указанные выходы подключены к управляющим-входам ключей 16, и ключей 17 (см. фиг. 4) так, что соответствующий ключ замкнут если на выходе логического элемента

15, обозначенного той же буквой, имеется единица„и разомкнут в противном, случае»

Таким образом, в каждый момент врембни замкнут только один из ключей 16 и один из ключей 17.

Блок 3 управления величиной углового коэффициента,;который на фиг. 3 изображен совместно с резисторно-ключевой матрицей

5 многоразрядного сумматора 1, содержит матрицу 18, горизонтальные шины которой через ключи 17 а, в, с,...„m подключены к об@ей точке, а,вертикальные шины через резисторы 19 подключены к общей точке, а вертикальные шины через резисторы 19 подключены к источнику 20 постоянного напряжения. Вертикальные шины матрицы

18 соединены с управляющими входами ключей резисторно-ключевой матрипы 5 многоА разрядного сумматора" 1. Если на соответсч вуюшем выходе матрицы 18 сигнал К отличен от нуля, то все ключи, управляемые

140 этим: сигналом замкнуты (цепи управления нв фиг. 3 } условно показаны пунктиром), если же потенциал К равен нулю, то соответствующие ключи матрицы 5 разомкнуты.

Сигналы К представляет собой разрядные компоненты углового коэффициента К для

L соответствующего участка аппроксимации, которые заранее набираются для каждого участка а, в, с....,пъс помощью перемычек

50 между горизонтальными и вертикальными шинами мвтрипы 18, причем перемычки ст вятся в тех разрядах, где К„ = О.

Многоразрядный функциональный преобра зователь работает следующим образом.

И

Функция, подлежащая машинной ревлизацйи кусочно-линейно аппроксимируется, т.е. определяются уравнения отрезков ломаной (см. фиг. 4).

Ч К X + L (участок а)

Ч К Х + „, (учвсток в), 1 с Х + "с (участок с7 = т Х + L (участок m) Значения К для каждого участка аппроксимации набираются с помощью перемычек на матрице 18 блока 3 управления величиной ,углового коэффициента, а значения 1. ° и )(° набираются с помощью резисторов на матрице

10 блока 2 определения участка аппроксимации.

Величина аргумента функции Х подается покомпонентно на управляющие входы ключей 6 многоразрядного сумматора 1 и совя местно: на входы операционных усилителей

11. В первом случае компоненты Х} управляют ключами 6 при суммировании сигналов

К, К,...,К " 1 так, что если Х 1 то сигнал К ; участвует .в суммировании, I

}если же Х } =О, то соответствующий ключ

*разомкнут и сигнал К не участвует в суммировании. Таким образом, умножение величины К на Х сводится к поразрядному сдвигу величины К и суммировании сдвинутых сигналов К 0>, К,....... К 41 полученных на выходах матрицы 5. Во вто фом случае величина Х служит для получения разностей (Х-Х4 ), — (Х-Х > )..... на выходах усилителей 11 и для определения знака этих разностей, что осуществляет; ся с помощью ключей 1 2 и gC — фильтров 1 3.

Если разность — (Х-Х ) шляется отрицательной, то сигнал на выходе ключей

12 имеет постоянную составляющую которая выделяется на соответствующем М -фильтре

13, если же эта разность положительна, то на выходе .Я;С -фильтра 13 постоянный сиг.нал равен нулю. Элементы HE 14 и ИЛИНЕ 15 служат для логической обработки сигналов, указывающих на знак разности

-(Х-Х < ). Прн этом на 1-ом выходе элементов появляется логическая единица толь ко в том случае, когда текущее значение

Х лежит на 1-ом участке аппроксимации.

Указанный сигнал замыкает соответствующий ключ 16 и подает на выход блока 2 величину смещения L „ ; соответствующую данному участку аппроксимации, а также замыкает соответствующий ключ 17. При замыкании ключа 17 ча соответствующих выходах матрицы 18 появляются нулевые потенциалы и ключи матрицы 5, которые соответствуют этим разрядам, размыкаются.

В результате такого взаимодействия на выходных горизонтальных шинах матрицы 5 получаются сигнальi К 0}, К 1 и т. д. для того участка аппроксимации, на котором в данный момент находится величина Х.

Для моделирования участков функции с отрицательной производной, что соотвотс1585506 вует значениям К < О, служит двухпозиционный ключ 8, который управляется блоком 2 определения участка аппроксимации и подает на вход выходного сумматора, суммарный сигнал KK с натуральным знаком (нижнее положение ключа, К1>0) или с инвертированным знаком (верхнее положение ключа, К О ). Ha выходе усилителя

9 получается сигнал, моделирующий функцию, в ненормализованной форме. Укаэанный о

1 сигнал нормалиэируется, если есть необходимость, в блоке нормализации 4.

Предлагаемое устройство позволяет существенно упростить конструкцию известных многоразрядных преобразователей. .15

Формула изобретени я

1. Многоразрядный функциональный преоб» разователь, содержащий блок определения участка аппроксимации, блок управления величиной угла наклона и многоразрядный сумматор, выход «оторого через блок нормализа 5 ции соединен с группой выходов преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в нем группа входов блока определения участка аппроксимации соединена с первой группой входов преобразо- ЗО вателя и с первой группой входов многоразрядного сумматора, вторая группа входов которого через блок управления величиной

t угла наклона соединена с группой выходов блока определения участка аппроксимации, последний выход которого подключен к соответствующему входу сумматора, третья группа входов которого является второй группой входов преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что в нем многораэряд» ный сумматор содержит резисторно-ключевую матрицу, две группы входов которой подключены соответственно к первой и второй группам входов (многораэрядного) сумматора, а группа выходов резисторно-ключевой матрицы через управляемые ключи соединена с входом инвертора и первым входом двухпозиционного ключа, второЧГ вход которого подключен через масштабный резистор к выходу инвертора, а выход двухпозиционного ключа соединен с соответствующим входом многоразрядного сумматора и входом выходного усилителя. ю

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о тлич ающийс ятем, чтов нем блок определения участка аппроксимации содержит резисторную матрицу, горизонтальные шины которой соединены группой входов блока, вертикальные шины разделены на две группы, шины первой из которых через ключи соеди« нены с первым выводом масштабного резис тора, второй вывод которого подключен ко второму выходу блока, каждая вертикальная шина второй группы через соответствующие последовательно соединенные операционный усилитель, управляемый ключ, КС- фильтр и логический элемент подключена к соот ветствующему выходу блока, управляющие входы управляемых ключей подключены к соответствующему входу блока.

Источники информации, принятые во внимание йри экспертизе:

1. Сучилин А. N, Основы вычислительной техники, Энергия, М., 1964.

2. Авторское свидетельство hb 404096, кл. О. 06 G 7/26, 1970, 585506

®иаФ

Составитель О. Сахаров

Редактор Н. Хлудова Техред: Н. Лндрейчук Корректор С. Ямалова

Закаэ 5050/40 Тираж 818 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рау нская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4