Множительно-делительное устройство

322777

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬГИтИНИЯ

Союз Соеетсиих

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства No—

Заявлено 19.1.1970 (№ 1397469/18-24) МПК G 06g 7,16 с присоединением заявки №вЂ”

Приоритст

Опубликовано ЗО.Х1.1971. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 14.11.1972

Номитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 681.335.513(088.8) Лвтор изобретения

И. В. Корелов

Заявитель

МНО)КИТЕЛЬНО-ДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительным устройствам, действующим по принципу аналого-цифро-аналогового преобразования и предназначенным для выполнения операций умножения, деления и нелинейного преобразования. Может быть использовано в различных областях автоматики и вычислительной техники для реализации и моделирования физиче. ских систем, где требуется выполнение названных операций с электрическими величинами.

Известные схемы преобразователей напряжения в параллельный двоичный код содержат по два операционных усилителя и по одному сравнивающему и переключающему устройству на каждый разряд кода. Декодирующие преобразователи состоят из матрицы сопротивления и переключателей, количество которых равно удвоенному числу разрядов кода, причем управление переключателями для удобства согласования часто осуществляют через трансформаторы, что затрудняет микроминиатюризацию устройства, Цель настоящего изобретения заключается в упрощении множительно-делительного устройства.

Упрощение схемы множительно-делительного устройства достигается реализацией в нем принципа двукратного преобразования параллельноГо двоичного циклического кода путем непосредственного соединения кодирующего и дскодирующего преобразователей специального вида, каждый из которых построен на однотипных элементах — пропорциональных ключах, выполненных на основе операционных усилителей; причем в каждом из прсобразоватс 10H на один разряд кода приходится по одному пропорциональному ключу. Это обеспечивает унификацию входящих узлов, упрощает технологию изготовления устройства и позволяет

10 реализовать технологический процесс с получением множительно-делительного устройства в микросхсмном исполнении. Кроме того, предлагаемая схема позволяет реализовать нели ейное преобразование функций, в том числе

15 одновременно с выполнением операции умножения и деления, так как пропорциональные ключи в преобразователях кода имеют опрсдс,leIIIIoe количество непосредственных соединений (eiK;I собой, ITo позволяет подбором Ко20 эффицнентов по входам ключей получить достаточное количество узлов интсрполяции для приближения нелинейной функции с заданной точностью.

На фиг. 1 показана блок-схема одноквадрат25 ного мпожитсльно-делитсльного устройства (МВУ); на фиг. 2 — блок-схема того же устройства в четырехквадрантном исполнении.

Множительпо-делительное устройство (см. фиг. 1) содержит три источника электрических

30 напряжений (сигналов) 1 — у; кодирующий

322777

15 где

К вЂ” — const—

1 =L,, m> т, преобразователь (КП) 4, состоящий из пропорциональных ключей 5 — 8 с линейными и регистрирующими выходами, и декодирующий преобразователь (ДП) 9, состоящий из ключей

10 — 18 с линейными выходами и аналогового сумматора 14. Каждый из ключей КП двумя входами порознь непосредственно соединен с источниками 1 и 2, причем каждый из последующих ключей соединен другими своими входами с линейными выходами всех предыдущих ключей, а источник 8 соединен с соответствующими входами ключей ДП. При этом регистрирующие выходы ключей КП, образующие кодовый регистр КП, соединены непосредственно с разрядными входами соответствующих ключей ДП. Каждый из последующих ключей ДП соединен своими входами с выходами всех предыдущих ключей, а выходы всех ключей ДП соединены со входами сумматора, выход которого является выходом устройства.

Принцип действия мноянтельпо-дслительного устройства состоит в следующем.

В линейном КП зависимость между двоичным циклическим кодом Li »a регистрирующих выходах ПК, преобразуемым электричеЕ, H 1131lprl>KeHHCJ, Е> (rrpH

Eg=const оно выполняет роль эталонного напряжения) может быть выражена следуloIIIHxr соотношением:

К E . 2 (1)

m, величина напряжения — эквивалент младшего разряда двоичного циклического кода; постоянный коэффициент, равный максимальному значению числа, выражаемого установленным количеством разрядов кода преобразователя; масштабный коэффициент.

Соответственно в линейном декодирующем преобразователе зависимость между выходным напряжением Еь преобразуемым двоичным циклическим кодом 1.> >íà его входе и нагряяением Е» (прн F..;=const оно выполняет ро 7b эталонного напряжения) может ábrrb Bblражена следующим соотношением:

Е4 12 (2)

Il! g где т, К вЂ” постоянные коэффициенты, аналогичные ть К> в (1). Так как преобразователи соединены последовательно, то выход КП является входом ДП. При этом:

Из (1), (2) н (3) найдем, что напряжение Е на выходе ДП, напряжения источников сигналов Е„Е>, Ез устройства связаны зависимостью:

ЗО

Е,,= К,К„где К,К,=const (4)

Е, Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить операцию, при которой одна из электрических величин умножается на другую и делится на третью. При постоянстве одного из входных напряжений осуществляется операция умножения или деления.

В кодирующем и декодирующем преобразователях подбором коэффициентов передачи по входам, соединяющим ПК между собой и с источниками 2 и 3, можно реализовать преобразование вида

f(x) =sin x и некоторые другие нелинейные преобразования напряжения в код и кода в напряжение.

Для этого искомая кривая напряжения заменяется приближенной ступенчатой функцией.

Коэффициенты передачи для ПК подбираются по значениям функции в узлах интерполяции. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить операции умножения и деления с одновременным нелинейным преобразованием.

Для реализации вычислительных операций с учетом знаков напряжений Еь Е и Ез в выполняемом устройстве эти напряжения поступают на входы ключей соответствующих преобразователей не только непосредственно, как было показано на фиг. 1, но и через знаковые пропорциональные ключи 15 и 1б (см. фиг.2) на соседние незанятые входы тех же ключей с удвоенным коэффициентом передачи, Каждая такая пара входов обеспечивает для данного ключа электрический режим, эквивалентный режиму подачи на один вход однополярного напряжения. Действительно, пусть в исходном состоянии полярность напряжений Е„Е> и проводимость ключей кодирующего и декоднрующсго преобразователей согласованы.

Проводимость знаковых пропорциональных ключей 15 и 16 выбирается такой, что они в этом случае закрыты. Признак этого состояния фиксирован высоким уровнем напряжения на регистрирующих выходах этих ключей.

Если напряжения Е и Е изменяют знак, то соотьетствующие знаковые ключи открываются, напряжения на их регистрирующих выходах становятся равными нулю, а на линейных выходах появляются напряжения Е и Ез прежней полярности и передаются с удвоенным коэффициентом передачи по отношению к входам, на которые напряжения Е, и Ез поступают непосредственно. Таким образом, на ключах преобразователей неизменно поддерживается электрический режим, эквивалентный подаче однополярных напряжений. Аналогично мояет быть реализовано переключение напряжения Ег.

Напряжения с регистрирующих выходов знаковых ключей поступают на логическую схему 17 выбора знака результата вычислительной операции. Под их воздействием напряже322777 ние на выходе схемы 17 фиксируется на нуле, если по соотношению между знаками входных напряжений Е> и Ез выходное напряжение должно изменяться в области отрицательных значений, или имеет высокий (положительный) уровепь, если выходное напряжение должно быть положительным.

Выход логической схемы выбора знака соединен со входом пропорционального ключа

18, используемого для переключения знака ьыходного напряжения. Коэффициент передачи аналогового сумматора по входу, соединяющему сумматор с выходом знакового ключа 12, равен удьоенной сумме коэффициентов передачи по остальным входам сумматора, соединяющим его с выходами ключей ДП. Поэгому при нулевом уровне напряжения на выходе схемы 17 знаковый ключ 18 открыт и проис. ходит одновременно алгебраическое суммирование и двойное инвертирование выходных отрицательных напря>кений ДП, в результате чего на выходе сумматора напряжение получается отрицательным, напротив, при высоком (положительном) уровне напря>кения на выходе схемы 17 кгпоч 18 закрыт, и на сумматоре осуществляется арифметическое суммирование и инвертирование знака напря>кений ДП с получением поло>кительного выходного напря>кения.

Прп использовании в пропорциональных ключах операционных усилителей с невысоким коэффициентом усиления (500 — 1000) можно снизить погрешность ключей до уровня погрешности входных масштабных сопротивлений применением схемы автоматической компенсации. Компенсация осуществляется с помощью вспомогательного пропорционального ключа, входы которого подключаются к линейному выходу и ко всем входам компенсируемого основного ключа. Проводимость обоих ключей одинакова. На выходе вспомогательного ключа вырабатывается сигнал ошибки, который затем добавляется к сигналу осноьпого ключа. При закрытом основном ключе компенсирующий ключ так>ке закрыт, поэтому на его выходе пс появляется ложного сигнала при изменении знака напряжения Е .

Для правильной работы схемы коэффициент передачи основного ключа выбирается с таким расчетом, чтобы ошибка, вносимая этим ключом, была односторонняя и была согласована с проводимостью компенсирующего ключа. Ошибку можно сделать односторонней также подачей смещения на один из входов осьовного ключа.

Предмет изобретения

1, Множительно-делительное у.стройство, содержащее кодирующий II декодирующпй прс15 образователи параллельного двоичного циклического кода, выполненные на пропорциональных ключах с инвертированием знака и односторонней проводимостью на выходе, и аналоговый сумматор, отличающееся тем, что, 20 с целью упрощения устройства, преобразователи выполнены один относительно другого н а пропорциональных ключах противоположной проводимости, причем входы ключей декодирующего преобразователя соединены с со25 ответствующими им выходами ключей кодирующего преобразователя, каждый из которых соединен с двумя источниками напряжений, пропорциональных одному из сомножителей и делителю, а источник напряжения,про30 горционального второму сомножителю, подключен ко входам всех ключей декодирующего преобразователя.

2. Устройство по п. 1, Отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных

35 возможностей, оно содержит дополнительно логическую схему. выбора знака, а каждый из источников напряжения дополнительно соединен с каждым ключом соответствующего преобразователя через знаковый пропорцпональ40 ный ключ, причем выходы этих ключей соединены через логическую схему выбора знака с выходом дополнительного ключа, другие выходы которого соединены с выходамп ключей декодирующего преобразователя, а выход

45 последнего подключен ко входу аналогового сумматора.

322777

Фиг. 1

Фыг

Реда кто р Ю. П ол якова

Заказ 104/13 Изд. № 1764 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совстс Министров ССС1

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель T. Озерова

Тскред 3. Тараненко

Корректоры: О. Зайцева и О. Волкова