УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ФУНКЦИЙ НА ОСНОВЕ НЕПРЕРЫВНОЙ КУСОЧНО-ЛИНЕЙНОЙ ФУНКЦИИ С КОМПАКТНОЙ ФОРМОЙ ЗАПИСИ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для расчета произвольных функций в специализированных устройствах обработки информации.
Известно устройство для вычисления элементарных функций таблично-алгоритмическим методом [1]. Достоинством метода является высокая точность и скорость вычислений. Недостатком является резкое увеличение объема памяти ПЗУ при увеличении числа разрядов.
Целью данной полезной модели является реализация вычислительного механизма, основанного на иных принципах вычисления, при общем сокращении блоков памяти.
Также известно устройство для вычисления функций на основе непрерывных кусочно-линейных функций (НКЛФ), которое является наиболее близким по техническому решению [2]. Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) формирует функцию, линейно изменяющуюся во времени. Затем из нее с помощью выпрямителя формируется модуль линейной функции. С помощью линий задержки (ЛЗ) формируются четыре модуля линейной функции, сдвинутые относительно друг друга по времени. Из четырех модулей линейной функции с помощью управляемых усилителей, управляемых фазоинверторов, сумматора и устройства управления создается базовая НКЛФ [3]. Базовые НКЛФ формируют с помощью линий задержки, коммутатора и сумматора обобщенную НКЛФ [3]. Обобщенная НКЛФ затем дискретизируется с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП, а результаты дискретизации хранятся в опе66ративном запоминающем устройстве ОЗУ.
Недостатком данного метода является то, что для расчета функции необходимо сначала получить промежуточные функции - базовые НКЛФ. Это приводит к усложнению схемы, увеличению затрат на ее реализацию.
Целью предлагаемого технического решения является упрощение схемы устройства и увеличение его быстродействия.
Поставленная цель достигается за счет применения алгоритма вычисления функций на основе обобщенной НКЛФ с компактной формой записи.
Устройство реализует следующий алгоритм:
см
где t - величина, определяющая отсчеты по оси t;
l=1...L - порядковый номер модуля линейной функции;
- коэффициент, определяющий форму аппроксимирующей функции;
l
y - значения исходной функции в l-ом узле аппроксимации.
Раскладывая выражение (1) на более простые, получим характеристики, описывающие элементарные блоки, из которых будет состоять устройство.
Простейшей функцией, входящей в состав выражения, является линейная: f(t)=t. Она реализуется с помощью ГЛИН.
см
Следующая по сложности характеристика, входящая в состав (1), - это линейная функция со сдвигом. Она описывается выражением f(t)=t-l·t. Для синтезирования такой функции вводятся линии задержки.
Реализуем модуль линейной функции . Для этого используем двухполупериодный выпрямитель.
В выражении (1) коэффициенты перед модулями имеют разное значение и знак. Модуль линейной функции с коэффициентом перед ним имеет вид . Коэффициент перед каждым модулем реализуется с помощью управляемого усилителя. Знак коэффициента - с помощью управляемого фазоинвертора. Таким образом, сигнал с генератора линейно-изменяющегося напряжения после прохождения линий задержки, выпрямителей, управляемых усилителей и управляемых фазоинверторов разделяется на L сигналов.
Для завершения реализации функции (1) необходимо ввести сумматор, который будет складывать L сигналов, поступающих с выходов линий задержки, проходящих через выпрямители, управляемые усилители и управляемые фазоинверторы.
1
1
2
3
1
L
1
L
1
L
1
L
1
L
Схема реализующая выражение (1), представлена на чертеже 1. На приведенной структурной схеме ГЛИН своим выходом соединен со входом линии задержки ЛЗ Выход линии задержки ЛЗ соединен со входом линии задержки ЛЗ, ее выход, в свою очередь, со входом ЛЗ и т.д. Также выходы линий задержки ЛЗ-ЛЗ соединены со входами двухполупериодных выпрямителей B-В, которые соединены с управляемыми усилителями УУ-УУ, а те, в свою очередь, подключены к управляемым фазоинверторам УФИ-УФИ,. Управляемые фазоинверторы УФИ-УФИ подключены к входу сумматора С. На выходе сумматора формируется обобщенная НКЛФ с компактной формой записи (1).
Дополним эту схему блоками, которые будут рассчитывать значения обобщенной НКЛФ между узлами аппроксимации.
Для этого после сумматора С ставится аналогово-цифровой преобразователь АЦП. С его помощью дискретизируется по времени и амплитуде сигнал, поступающий с сумматора. С выхода АЦП сигнал поступает в оперативное запоминающее устройство ОЗУ, в котором запоминаются дискретные значения обобщенной НКЛФ с компактной формой записи, соответствующие различным значениям аргумента. Выбор того или иного значения, соответствующего нужному значению аргумента, осуществляется с помощью блока дешифраторов БД.
Часть структурной схемы для расчета функций на основе НКЛФ приведена на чертеже 2.
1
L
1
L
Схему на чертеже 2 необходимо дополнить устройством управления, которое должно формировать управляющие сигналы для реализации требуемых уровней усиления на управляемых усилителях УУ-УУ и соответствующей фазы на управляемых фазоинверторах УФИ-УФИ. Это необходимо для построения обобщенной НКЛФ с компактной формой записи по заданным узлам аппроксимации.
Схема устройства управления представлена на чертеже 3.
1
l
l+1
l+2
1
2
l+1
2
Устройство управления состоит из ОЗУ, в котором хранится информация об узлах аппроксимации; ЦАП, преобразующего сигнал из цифровой формы в управляющий аналоговый сигнал; коммутатора К, выделяющего три узла аппроксимации y, y, y, линий задержки ЛЗ и ЛЗ, которые смещают эти составляющие по времени; инвертирующего усилителя ИУ (формирует составляющую -2y); сумматора, завершающего формирование управляющего сигнала; коммутатора К, выделяющего управляющий сигнал для формирования каждого модуля; блока синхронизации БС, синхронизирующего этот процесс.
Общая структурная схема устройства для вычисления функций на основе НКЛФ, полученная на основе схем на чертежах 2 и 3, приведена на чертеже 4.
Устройство, представленное на чертеже 4, позволяет формировать произвольные функции на основе НКЛФ и производить их вычисление в промежутках между узлами аппроксимации путем дискретизации участка аппроксимации с помощью АЦП. Точность расчетов определяется разрядностью АЦП.
Список используемых источников
1. Чекушкин В.В., Ромашов В.В., Тарануха В.М. Автоматизированные системы контроля и управления радиоэлектронными средствами: Учебн. Пособ. / МИ ВГУ - Муром, 2000. 118 с.
7
2. Патент на полезную модель 2004135254 РФ, МПК G06F 17/00. Устройство для вычисления функций на основе непрерывных кусочно-линейных функций / Курилов И.А., Ромашов В.В., Романов Д.Н. (РФ) - №48231; Заявлено 02.12.2004; Опубл. 29.09.2005, Бюл. №27.
3. Курилов И.А., Романов Д.Н. Аппроксимация функциональных зависимостей с помощью непрерывных кусочно-линейных функций // Радиотехника, - 2006 - №6 - с.94-98.