Устройство для извлечения корня

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) 750482 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Занвлеио 18.11,76 (2! ) 2421574/18-24

3 (5 l ) M. Кл.

G 06 F 7/38 с присоединением заявки №вЂ”

Гооудврстеенный комнтет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 28.07.80 ао долам нэобретеннй н открытий (53) УДК 681.3 (088.8) (72) Автор . изобретения

Ю, В. Калинников

Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промышленности Нефтехимавтомат (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОРНЯ

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в информационно-измерительных и управляющих системах для возведения в и -ю степень и извлечения корня и -й степени из сигнала в виде частоты следования импульсов, Известно устройство для возведения в степень и извлечения корня из сигнала в виде параллельного кода, содержащее делители частоты, регист ы, счетчиi0 ки и схемы переноса кода 1 .

Однако это устройство имеет ограниченное применение для работы только с входной и выходной информацией в виде

15 параллельного кода и обладает низкими показателями по быстродействию, Известны также устройства. для возведения в степень и извлечения корня из сигнала в виде число-импульсного кода, содержащие счетчики-делители, регистры, схемы переноса кода, счетчики $2), Однако эти устройства позволяют работать только с сигналом в виде

2 число-импульсного кода с выдачей информации в виде параллельного кода и обладают ограниченным быстродействием.

Наиболее близким техническим решением является частотно-импульсное устройство для извлечения квадратного корня, содержащее два делителя частоты, (A -1) последовательно соединенных управляемых делителей частоты (n -показатель степени), счетчик, управляющий счетчик, регистр, группы элементов И и блок управления, причем выход генератора опорной частоты подключен ко входам двух делителей частоты, Bblxollbt разрядов управляющего счетчика соединены с информационными входами элементов И первой группы, выходы которых подключены ко входам регистра, выходы кот>рого соединены с информационными входами элементов И второй группы, выходы которых подключены ко входам разрядов счетчика, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен со входной шиной

750482

ЭО

55

3 устройства, а выходы блока управления подключены к входам обнуления делителей частоты, регистра и управляющего счетчика, к установощым входам управляющих делителей частоты и угравляющим входам элементов И первой и второй групп (3).

Однако это устройство обладает ограниченными функциональными воэможностями, позволяя производить только операцию извлечения квадратного корня над сигналом в виде частоты следования импульсов.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей, заключающихся в возможности вычисления степенных значений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит

1 -й управляемьш делитель частоты, элемент И и переключатель с пятью эамыкателями па два положения, причем вход р -го управляемого делителя частоты подключен к въ|ходу (v-1)-го управляемого делителя частоты,. информационный вход элемента И соединен с выходом первого делителя частоты, а выход — со входом счетчика, вход первого управляемого делителя частоты соединен с выходом первого эамыкателя переключателя, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй - с выходом второго делителя частоты, вход управляющего счетчика подключен к выходу второго замыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход — к выходу (A -1)-ro управляемого делителя частоты, выходная шина устройства подключена к выходу третьего эамыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходу n -ro управляемого делителя частоты, а второй вход - к выходу счетчика, управляющие входы ri управляемых делителей частоты подключены к выходу четвертого замыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходам разрядов регистра, а второй вход - к выходам разрядов управляющего счетчика, режимный вход устройства подключен к входу пятого замыкателя переключателя, два выхода которого подключены к третьему и четвертому входам блока управления, установочный Bxoa Yl -го управляемого делителя частоты и управляющий вход элемента И подключены к выходам блока управления.

tta чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, два неуправляемых делителя 2 и 3 частоты, A последовательно соединенных управляемых делителей 4-6 частоты, управляющий счетчик

7, группы элементов И 8 и 9, регистр

10, счетчик 11, элемент И 12, блок 13 управления и перекщочатель с пятью замыкателями 14-18 па два положения каждьш.

Выходы блока 13 управления подключены следующим образом, выход 19 к управляющему входу элемента И 12; выход 20 к управляющему входу группы элементов И 9; выход 21 к входу обнуления регистра 10; выход 22 к управляющему входу группы элементов И 8; выход 23 к входам обнуления управляющего счетчика 7 и делителей 2 и 3 частоты; выход 24 к установочным входам управляемых делителей 4-6 частоты и счетчика 11, Входы блока 13 управления подключены к входной клемме 1 х к выходу счетчика 11 и к выходам пятого замыкателя 18. Выход генератора 1 подключен к входам делителей 2 и 3 и через первый замыкатель 14 - к счетному входу управляемого делителя 4 частоты, к которому через замыкатель

14 подключен также выход делителя 3, Выход делителя 2 через элемент И 12 подключен к счетному входу счетчика 11 и через второй замыкатель 15 — к счетному входу управляющего счетчика 7, которьш через замыкатель 15 подключен также к выходу (n. -1)-ro делителя 5, Выходы разрядов управляющего счетчика

7 подключены через третий замыкатель

16 к обьедпненным входам управляющих входов управляемых делителей 4-6 частоты. Вторые входы замыкателя 16 подключены к выходам разрядов регистра 10, которые через группу элементов И 9 подключены к входам разрядов счетчика 11, выход которого подключен через четвертый замыкатель 17, второй вход которого подключен к выходу A -го делителя 6, к выходНоА клемме устройства т. Bee Выходы раэрядов управляющего .счетчика 7 подключены также через группы элементов И 8 к входам разрядов регистра 10.

Устройство работает следующим образом.

Устройство обладает обратимостью и может работать как в режиме возведения в г -ю степень, так и в режиме извлечения корня и -й степени иэ входного сигна82 6 ной частоты, Код этого числа перед обнупением счетчика 7 переписывается через

Ф группы элементов И 8 в очищенный регистр 10, где хранится до прихода следующего импульса входной частоты. Управляемый делитель 4 частоты работает . в режиме деления частоты f о на коэффициент деления, находящийся в регистре

10. На выходе делителя 4 образуется последовательность импульсов, спедующая с частотой о 1о („.. = Ех.

Аналогично работают и остальные делители 5-6 . На выходе второго делителя . образуется частота следования импульсов

14С»к 2 2. я.,с=и„, =Г, х

На выходе и -го делителя 6 образуется частота следования импульсов

r. е. пропорциональная и -й степени входной частоты. Эта частота через замыкатель 17 поступает на выход устройства. Таким образом, эа время Т одного периода входной частоты на выходе устройства образуется последователь ность импульсов, частота следования которых пропорциональна и -й степени входной частоты х

Рассмотрим работу устройства в режиме извлечения корня П -й степени.

B этом режиме переключатель устанавливается в положении 1 1. Последовательность работы блока управления от предыдущего режима отпичается тем, что сигналы с выхода 24 устанавливают в положение 2 - 1 также счетчик 11, после чего сигналом с выхода 19 открывается элемент И 12, через который импульсы частоты Г„начинают поступать на счетный вход счетчика ll. По импульсу, поступающему с выхода счетчика 11 на вход блока 13 управления, открывается сигналом на его выходе 20 группа элементов И 9 и в счетчик 11 записывается обратный код Д. числа в регистре

10, т. е. счетчик 11 работает в режиме деления частоты г о на коэффициент деления, находящийся в регистре 10. Если же момент обнуления регистра совпадает с импупьсом на выходе счетчика 11, ro во избежание записи в счетчик ложного нулевого кода перезапись кода в счетчик 11 задерживается.

В режиме извлечения корни и -й сгепени импульсы опорной. частоты f посту5 7504 ла, представленного частотой следования импульсов, При этом используется одно и то же оборудование. Изменение режима производится с помощью переключателя на два попожения. При положении 1 цять замыкателей 14-18 обеспечивают работу устройства в режиме возведения в

-ю степень, При попожении II переключателя устройство работает в режиме извлечению корня и -й степени. !О

Рассмотрим работу устройства в режиме возведения в и -ю степень. Поспедовательностью работы блоков устройства управляет блок 13, на вход которого поступает входная последовательность д импульсов с частотой следования

Сигналом с выхода 1 замыкателя 18 блок 13 управления переключается на управление в режиме возведения в степень. При поступлении каждого импульса входной частоты f х в бпоке 13 формируются сигналя управления, последовательно производящие спедующие операции: обнуление регистра 10 сигналом на выходе 21, открывание группы эпе- 25 ментов И 8 сигналом на выходе 22, обнуление счетчика 7 и делителей 2 и 3 частоты сигналом на выходе 23 и запись в управляемые депитепи 4-6 частоты начального кода 2 — 1, rile rn — число 30 разрядов счетчика, сигналом на выходе

24. После этого начинается очередной такт работы устройства до прихода следующего импульса входной частоты f т. е, длительностью в текущий период

Т < входной частоты. С выхода генератора 1 на вход делителя 2 и через замыкатель 14 на вход делителя 4 частоты поступают импульсы высокой опорной частоты . В делителе 2 эта частота 4О делится на постоянный коэффициент деления К, выбираемый из соображения требуемой точности и коэффициента пропорциональности выходного сигнала. Импульсы частоты Ро = с выхода делитепя 4 к

2 поступают через замыкатель 15 на счетный вход обнуленного управляющего счетчика 7 (на вход счетчика 1 1 импупьсы не проходят, так как элемент И 12 эакр rr) . Эти импупьсы суммируются -B so счетчике 7 на интервале времени,. равном текущему периоду Т, так как обнуление счетчика 7 происходит по каждому импульсу входной частоты f . В момент очередного обнуления в счетчике 7 ss будет число

Я т — °

1о

4iC 1 пропорциональное текущему периоду вход1

0482 8

7 75 пают на вход цепочки управляемых делителей 4-6 частоты, в которых она последовательно делится на переменное число

К4 «(), вносимое в них в обратном коде иэ управляющего счетчика 7. Частота следования импульсов на выходе первого делителя 4 будет равна 4 к= о " "Л К где N «<(tl - текущее значение кода в счетчика 7 в режиме извлечения корня. Частота следования импульсов на выходе {1 -1)-го делителя 5. через замыкатель 15 поступает на счетный вход управляющего счетчика 7, где они интегрируются на временном интервале, равном текущему периоду Тх входной частоты, Число импульсов в счетчике 7 будет определяться по зависимости

„,.к=5»....< =1 „„:- <„", rt,ê

Решая это уравнение, относительно

N 4 (t ) для =Т, момента окончания текущего периода, получаем

N f T отомря N =-Я :т„, о х> rt,ê т. е. в момент окончания текущего периода Т х в управляющем счетчике 7 образуется число 4 4, пропорциональное корню и -й степени из текущего периода T« . Код числа }4 < < переписы/ вается через группу элементов И 8 в очищенный регистр 10 и является коэффициентом деления счетчика 11, на который делится частота F о импульсов, поступающих на счетный вход счетчика 1 1.

Частота следования импульсов на выходе счетчика 11 будет равна и л л = Д т. е. пропорциональная корню д -Й степени их входной частоты. При выборе

К /1р получим А о 4, уменьше/ нием К можно увеличить коэффициент пропорциональности выходной частоты, а вместе с ней и точность вычислений. Время формирования выходной частоты равно текущему периоду входной частоты.

Таким образом, устройство позволяет, используя одно и то же оборудование за счет изменения связей между блоками, существенно расширить функциональные возможности устройства, обеспечивая работу как в режиме возведения в степень, так и извлечения корня из частотно-импульсного входного сигнала. Устройство обладает высоким быстродействием, так как выходной сигнал формируется за вре15

55 мя одного периода входной частоты, причем мгновенное значение выходной частоты не имеет флуктуаций относительно среднего значения частоты. Эти преимущества позволяют расширить область применения устройства в динамических быстропротекающих процессах с частотйоимпульсной информацией.

Формула изобретения

Устройство для извлечения корня, содержащее генератор опорной частоты, два делителя частоты, (rl -1) последовательно соединенных управляемых делителя час» тоты (n - показатель степени), счетчик, управляющий счетчик, регистр, группы элементов И и блок управления, причем выход генератора опорной частоты подключен ко входам двух делителей частоты, выходы разрядов управляющего счетчика соединены с информационными входами элементов И первой группы, выходы которых подключены ко входам регистра, выходы которого соединены с информационными входами элементов И второй группы, выходы которых подключены ко входам разрядов счетчика, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен со входной шиной устройства, а выходы блока управления подключены к входам обнуления делителей частоты, регистра и управляющего счетчика, к установочным входам управляющих делителей частоты и управляющим входам элементов И пер вой ивторой групп, отл и чающ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, заключающихся в возможности вычисления степенных значений, устройство содержит

П -й управляемый делитель частоты, элемент И и переключатель с пятью замыкателями на два положения, причем вхоц A -го управляемого целителя частоты подключен к выходу (rt-1) -го управляемого делителя частоты, информационный вход элемента И соецинен с выходом первого делителя частоты, а выходсо входом счетчика, вход первого yIIpahляемого делителя частоты соединен с выходом первого замыкателя переключателя, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а второй - с выходом второго делителя частоты, вход управляющего счетчика подключен к выходу второго замыкате9 75 04 ля переключателя, первый вход которо- . го подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход - к выходу (rl -го управляемого делителя часто-, ты, выходная шина устройства подключена к выходу третьего замыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходу A -го управляемого делителя частоты, а второй вход — к выходу счетчика, управляющие входы и управ- >р ляемых делителей частоты подключены к выходу четвертого замыкателя переключателя, первый вход которого подключен к выходам разрядов регистра, а второй вход - к выходам разрядов управляю- 15 щего счетчика, режимный вход устройст-; ва подключен к входу пятого замыкателя переключателя, два выхода которого под82 10 ключены к третьему и четвертому вхо дам блока управления, установочный вход

n -ro делителя частоты и управляющий вход элемента И подключены к выходам блока управления.

Источники информации, приянтые во внимание при экспертизе

1. Карпов P. Г. и др. Некоторые методы обработки цифровой информации.

В кн. Вычислительная техника . Минск

"Наука и техника, 1965, с. 283.

2. Мельников А. А. и др. Обработка частотных и временных импульсных сигналов. М., Энергия, 1976, с. 91-95.

3. Авторское свидетельство СССР

М 605212, кл. G 06 В 7/38, 04.10.76 (прототип).

0НИИПИ Заказ 4468/19 Тираж 751 Подписное

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