. Изобретение относитс к вычислительной технике и может быть исполь зовано в различных област х техники и промьшшенности при исследовании процессов различной физической природы, которые описываютс экспоненциальной функцией. По основному авт.св. № 1043677 известно устройство, содержащее первый и второй пороговые элементы , первьй RS-триггер, пpичe f первые входы первого и второго пороговых элементов соединены с информационным входом устройства, второй вход первого порогового элемента соединен с входом первого эталонного напр жени устройства, вход второго эталонного напр жени которого соединен с вторым входом второго порогового элемента,первый и второй генераторы одиночных импульсов , второй RS-триггер, три элемента И, счетчик, блок индикации , два сумматора, два регистра сдвига и блок управлени , содержащий генератор импульсов, распределитель импульсов, элемент задержки. два ключа, коммутатор, два элемента ИЛИ, последовательную схему сравнени и два элемента И, выход генератора импульсов соединен с входом распределител импульсов, выходы с первого по п-й которого, где п -, разр дное гь регистров сдви га, соединены с информационными вх дами коммутатора,управл ющий вход которого соединен с входом кода ос нова блока, выходы коммутатора через первый элемент ИЛИ соединены с nepBbttd информационным входом после довательной схемы сравнени , вход сброса и тактовый вход которой сое динены соответственно с выходом эл мента задержки и выходом генератор импульсов, п-й выход распределите л импульсов соединен с первыми вх дами первого и второго элементов И вторые входы которых соединены с выходами соответственно равенства превьшени эталонного кода последовательной схемы сравнени , выход первого и второго элементов И соеди нены с первым и вторьм входами втор го элемента ИЛИ, третий вход котор го соединен с выходом первого ключ информационный вход которого соеди нен с выходом генератора импульсов п-й выход распределител импульсов через элемент задержки соединен с 112 информационным входом второго ключа, управл ющие входы ключей соединены с входом задани режима блока управлени , причем выход второго ключа блока управлени соединен с тактовыми входами первого и второго генераторов одиночных импульсов, входы запуска которых соединены с выходами соответственно первого и второго пороговых элементов, выходы генераторов одиночных импульсов соединены с 5-входами соответствующих Р5-триггеров, R-входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ блока управлени , выход первого разр да распределител импульсов которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с инверсным и пр мым выходами второго R5-триггера, инверсный и пр мой выходы первого RS-триггера соединены соответственно с управл ющими входами регистров сдвига и третьим входом первого элемента И, выход которого, соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и первым входом третьего элемента И, второй вход и выход которого соединены соответственно с пр мым выходом второго R5 -триггера и первым входом второго сумматора, выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига и вторым информационным входом последовательной схемы сравнени блока управлени , вьасоды первого ключа и генератора импульсов которого соединены соответственно с установочным входом счетчика и входами синхронизации первого и второго регистров сдвига, выходы и установочные входы которых соединены соответственно с вторыми входами соответствующих сумматоров и входом логического нул устройства, выход второго элемента И соединен со счетным входом счетчика , выход которого соединен с входом блока .индикации 1 3. Недостатком этого устройства вл етс ограниченна точность вычислени показател экспоненциальной функции. Цель изобретени - повышение точности . Указанна цель достигаетс тем, что в устройство дл вычислени по3 казател экспоненциальной функции дополнительно введены преобразователь аналог - длительность импульса , делитель частоты, элемент ИЛИ, четвертый элемент И и элемент задержки , причем информационный вход устройства соединен с информационным входом преобразовател аналог длительность импульса, выход которого подключен к четвертому входупервого элемента И, пр мой выход первого R5 -триггера соединен через элемент задержки с входом четвертого элемента И, выхо которого подключен к информационно входу делител частоты, вькод кото рого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключе к входу запуска преобразовател аналог - длительность импульса,инверсный выход второго RS -триггер соединен с вторьм входом четвертог элемента И, третий вход которого подключен к выходу второго ключа блока управлени , установочный вхо делител частоты соединен с выходом первого ключа блока управлени выход первого генератора одиночных импульсов подключен к второму вход элемента ИЛИ. На фиг.1 изображена структурна схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурна схема блока управлени . Устройство (фиг.1) содержит пер вый и второй пороговые элементы 1 и 2, первый и второй генераторы 3 и 4 одиночньпс-импульсов, первый и второй R5-триггеры 5 и 6, первьй и второй сумматоры 7 и 8, перв и второй регистры 9 и 10 сдвига, счетчик 11, блок 12 индикации, блок 13 управлени , первый,второй третий элементы 14, 15 и 16 И, пре образователь 17 аналог - длительность импульса, делитель 18 частот элемент 19 ИЛИ, четвертый элемент 20 И, элемент 21 задержки, ин формационный вход 22 устройства, входы 23 и 24 первого и второго эт лонного напр жени устройства соот ветственно. Блок 13 управлени (фиг.2) содержит генератор 25 импульсов, рас пределитель 26 импульс:ов, коммутатор 27, по.следовательную схему 28 сравнени , элементы 29 и 30 ИЛИ, элементы 31 и 32 И, элемент 33 14. задержки, первый и второй ключи 34 и 35, вход 36 кода останова блока, вход 37 задани режима блока управлени , информационный вход 38 блока управлени ,первую, вторую, третью, четвертую и п тую выходные шины 39, 40, 41, 42 и 43 соответственно. Устройство работаетследующим образом. В исходном состо нии на первом выходе блока 13 управлени сигналы отсутствуют, а на втором и четвертом выходах вьтрабатьгоаютс сигналы, которые устанавливают RS -триггеры 5 и 6, счетчик 11 и делитель 18 частоты в нулевое состо ние. Единичный сигнал инверсного выхода .fes-триггера 5 поступает на вход управлени регистров 9 и 10 сдвига и обеспечивает установку их в нулевое состо ние, так как их установочные входы подключены к шине логического нул устройства. В режиме вычислени показател экспоненциальной функции шины 23 и 24 эталонных напр жений подключают к источникам эталонных напр жений, задаюш 1х два уровн эталонного напр жени U и Uj , а на информационный вход 22 устройства подаетс аналоговый сигнал, измен нщийс по экспоненциальному закону (ie, где Ug- начальное значение входного напр жени ;; оС - показатель экспоненциальной функции t - врем . В исходном состо нии на выходах пороговых элементов 1 и 2 действуют сигналы логического нул . Как только входное напр жение, действующее на информационной шине 22, достигает первого уровн эталонного напр жени и,срабатывает пороговый элемент 1, на выходе которого формируетс сигнал логической единицы. Выходной сигнал порогового элемента 1 запускает генератор 3 одиночных импульсов, на тактовый вход которого с первого выхода блока 13 управлени поступает последовательность импульсов. Выходной импульс генератора 3 одиночных импульсов устанавливает RS-триггер 5 в единичное состо ние и через элемент 19 ИЛИ запускает преобразователь 17 аналог - длительность импульса. На пр мом выходе Rfe-триггера 5 формируетс сигнал логической единицы.
снимающий блокировку элементов 14 И и 20 И, Последовательность импульсо формируема блоком 13 управлени на его третьем выходе, поступает через элемент 14 И на первый вход сумматора 7, так как на выходе преоразовател 17 аналог - длительность импульса формируетс импульс, длительность которого пропорцио 5альна аналоговому Сигналу, действующему на информационном входе 22 устройства .
На первый вход сумматора 7 поступает количество импульсов третьего выхода блока 13 управлени , пропорциональное длительности выходного и fflyльca преобразовател 17 аналог - длительность импульса. Сумматор 7 за врем п тактов, где h- количество разр дов регист ра 9 сдвига, по каждому импульсу на его первом входе, увеличивает на единицу младшего разр да двоичный код, сдвигаемый под действием синхронизирующих импульсо в п того выхода .блока 13 управлени с выхода регистра 9 сдвига. Последовательный двоичный код с выхода сумматора 7 за врем п тактов записываетс в регистр 9 сдвига под действием синкронизрфующих импульсов п того выхода блока 13 управлени , В результате к моменту окончани действи импульса на выходе преобразовател 17 аналог - длительность импульса в регистре 9 сдвига формируетс П-разр дный двоичный код, значение которого пропорционально текущему значению напр жени ,, дей , ствующему на информационном входе 22 устройства.
Сигнал логической единицы пр мого выхода PS-триггера 5 через элемент 21 задержки на длительность тактового импульса.снимает блокировку элемента 20. И, через который на информационньй вход делител 18 частоты поступает последовательность импульсов первого выхода блока 13 управлени . Коэффициент делени делител 18 частоты выбираетс таким образом, чтобы период следовани выходных импульсов делител 18 частоты бьш больше длительности выходного импульса преобразовател 17 аналог - длительность импульса дл максимального уровн напр жени на информационном входе 22 устройства . Поэтому импульс на вькоде делител 18 частоты сформируетс посл окончани действи импульса на выходе преобразовател 17 аналог длительность импульса. Выходной импульс делител 18 частоты через элемент 19 ИЛИ вновь запускает преобразователь 17 аналог - длительность импульса, который вновь формирует импульсный сигнал, длительност которого пропорциональна текущему значению напр жени на информационном входе 22 устройства. На первьш вход сум чатора 7 через элемент 14 И вновь поступает сери импульсов третьего выхода блока13 управлени , количество импульсов в которой пропорционально длительности выходного импульса преобразовател 17 аналог - длительность импульса. Сумматор 7 к двоичному коду предыдущего значени экспоненциальной функции, сдвигаемому с выхода регистра 9 сдвига под действием синхронизирующих импульсов п того выхода блока 13 управлени , прибавл ет количество импульсов. пропорциональное текущему значению экспоненциальной функции а результат суммировани в виде п-разр дног ДВОИЧНОГО кода записываетс , начина с младшего разр да, в регистр 9 сдвига под действием синхронизирующих импульсов п того выхода блока 13 управлени .
В дальнейшем устройство работает аналогичным образом, а в регистре 9 сдвига накапливаетс двоичный код, значение которого пропорционально интегралу от аналогового сигнала экспоненциальной функции, действующей на информационном входе 22 устройства . Так продолжаетс до тех пор, пока не сработает пороговый элемент 2. Последний срабатывает при достижении входного напр жени , на шине ,22 второго уровн эталонного напр жени U. В этом случае из выходе порогового элемента 2 формируетс сигнал логической единицы , который запускает генератор 4 одиночных импульсов, на тактовом входе которого действует последовательность импульсов первого выхода блока 13 управлени . Выходной сигнал генератора 4 .одиночных импульсов устанавливает R5-триггер 6 в единичное состо ние, при Котором сиг11 нал инверсного выхода Я -триггера 6 блокирует элементы 14 И и 20 И, а сигнал его пр мого выхода снимает блокировку элементов 15 и 16 И. К моменту установки RS -тригге ра 6 в единичное состо ние в регист ре 9 сдвига накапливаетс двоичньй код, значение которого пропорционал но интегралу от аналогового сигнала экспоненциальной функции за интерва времени между событи ми перехода входного аналогового сигнала экспоненциальной функции через первьй и второй уровни эталонного напр жени Так как элемент 14 И блокируетс Я5-триггером 6 после установки его единичное состо ние, то двоичньй код регистра 9 сдвига циркулирует без изменени с выхода на его информационньй вход через сумматор 7, а также поступает через элемент 15 последовательно во времени, начина с младшего разр да, на первьй .вход сумматора ,8, на второй вход которог под действием синхронизирующих импульсов п того выхода блока 13- управлени сдвигаетс начальньй нулевой двоичный код регистра 10 сдвига За каждые и тактов работы устройст на, где п-количество разр дов регистра 10 сдвига, выполн етс один цикл суммировани двоичных кодов регистра 9 и 10 сдвига. Поскольку выход сумматора 8 соединен с информ ционным входом регистра 10 сдвига, то в регистре 10 сдвига накапливаетс двоичньй код, равньй произведе нию количества циклов суммировани на величину двоичного кода регистре 9 сдвига. В это врем дес тичньй счетчик 11 вьшолн ет подсчет количества циклов суммировани сумматором 8, так как через каждые г тактов на его информационном входе действует импульс третьего выхода блока 13 управлени , поступающий через элемент 16 И. Так продолжаетс до тех пор, пока двоичньй код регистра 10 сдвига не достигнет заданного блоком 13 управлени двоичного кода. Двоичньй код регистра 10 сдвигаетс под действием синхронизирующих импульсов п того выхода блока 13 управлени через сумматор 8 на вход блока 13 управлени , где сравниваетс с заданным значе1шем. 1 :8 Если двоичньй код в регистре 10 сдвига достиг или превысил заданное значение, то блок 13 управлени вырабатьшает на втором выходе сигнал , которьй сбрасывает RS -триггеры 5 и 6 в нулевое состо ние, при котором элементы 14, 15, 16 и 20 И блокируютс и вычисление показател экспоненциальной функции заканчиваетс . В счетчике 11 фиксируетс значение показател экспоненциальной функции, которое индицируетс блоком 12 индикации. Блок 13 управлени (фиг.2) работает следующим образом. В исходном режиме с помощью ключа 35 шину 39 (первьй выход) подключают к шине логического нул , а ключом 34 подключают выход генератора 25 импульсов к шине 42 (четвертый выход) и к третьему входу элементов 30 ИЛИ, через которьй выходные сигналы генератора 25 импульсов поступают на шину 40 (второй выход). Генератор 25 импульсов формирует последовательность тактовых сигналов частоты f, котора поступает на шину 43 (п тьй выход) и на вход i-канального распределител 26 импульсов. На h выходах распределител 26 импульсов формируютс п последова тельностейсигналов частоты /п,, сдвинутых друг относительно друга на врем 1/. Каждьй вькодной сигнал распределител 26 импульсов совпадает с моментом считывани соответствующего разр да двоичного кода с выходов регистров 9 и 10 сдвига. Последовательность импульсов первого выхода распределител 26 импульсов, поступающа на шину 41 (третий выход) совпадает по , времени со сдвигом первого (младшего) разр да двоичных кодов в регистрах 9 и 10 сдвига. Последовательность импульсов последнего п-го выхода распределител 26 импульсов, поступающа на первые входы элементов 31 и 32 И, совпадает по времени со сдвигом последнего . п то разр да двоичных кодов в регистрах 9 и 10 сдвига. С помощью коммутатора 27, выполненного , например, в виде электронного коммутатора, управл емого по шине 36, или в виде клавишного переключател , каждый выход распредели91 тел 26 импульсов может быть подключен к соответствующему входу эле мента 29 ИЛИ, Заданное значение двоичного кода устанавливаетс на коммутаторе 27 путем коммутации выходов распределител 26 импульсов и входов элемента 29 ИЛИ в единичны разр дах задаваемого двоичного кода После установки заданного значени двоичного кода на коммутаторе 27 на выходе элемента,29 ИЛИ формируетс последовательньй ih-разр дный двоичный код, период повторени которо го равен п/ или п тактов. В режиме вычислени показател экспоненциальной функции с помощью ключа 35, выполненного, например, в виде электронного ключа, управл емого по шине 37, или в виде переключател , .шину 39 (первьй выход) подключают через элемент 33 задержк на длительность тактового импульса к последнему п-му выходу распределител 26 импульсов. На выходе ключа 34, выполненного, например, «в виде электронного ключа, управл е мого по шине 37, или в виде переключател , действует сигнал логического нул , который поступает на шину 42 и третий вход элемента 30 ИЛИ. Последовательна схема . 28 сравнени в режиме вычислени показател экспоненциальной функции сравнивает заданный последовательньй двоичный код, действующий н выходе элемента 29 ИЛИ с текущим значением двоичного кода, сдвигаемо го с выхода регистра 10 сдвига чере сумматор 8 на шину 38 блока 13 управлени , В случае равенства или up вьш1ени заданного на коммутаторе 27 значени двоичного кода на первом или втором выходах последовател ной схемы 28 сравнени формируетс сигнал логической единицы, которьй снимает блокировку элементов 31 И или 32 И соответственно. Импульсньй сигнал п-го выхода распределител 26 импульсов проходит через элемент 31 И или 32 И на выход элемента 30 ИЛИ и далее по шине 40 поступает на R-входы R5 -триггеров 5 и 6. После каждого цикла сравнени оследовательных , л-разр дных кодов последовательна схема 28 сравнени сбрасываетс в исходное состо ние импульсным сигналом, поступан цим с выхода элемента 33 задержки. 1 10 Заданный двоичный код, устанавливаемый на коммутаторе 27 блока 13 управлени , определ етс заранее дл определенных уровней эталонных напр жений L и (Jj как двоичный код разности U-. Предлагаемое устройство вычисл ет показатель экспоненциальной функции на оснований соотношени () где ct - показатель экспоненциальной функции-; UQ- начальное значение входного напр жени при 0; и и (2 уровни эталонного напр жени ; t и t - моменты времени перехода входным напр жением уровней и и и соответственно. Из соотношени (1) следует, что показатель экспоненциальной функции равен . v ,„ 1 При достижении услови , (3) последовательна схема 28 сравнени блока 13 управлени .останавливает процесс вычислени показател об экспоненциальной функции, величина которого фиксируетс в счетчике 11. Интервал времени A-t в соотношении (3) определ етс следующим образом: где f - тактова частота генератора 25 импульсовJ К - коэффициент делени делител 18 частоты П - количество разр дов регистров 9 и 10 сдвига. Технико-экономический эффект изобретени заключаетс в повьш1ении точности. 11 Действительно, относительна погрешность определени показател экспоненциальной функции дл осно го изобретени определ етс соотн шением - интервал времени ме переходами уровней напр жени U и Uj. ДТ - абсолютна погрешно измерени временног интервала, а дл дополнительного изобретени выражением „oLT Н - ,dr 4Т (f 2 g06r Учитьша , что , последн выражение (6) дл относительной погрешности дополнительного изобр ни примет вид ,Г e -1-d&T ЕСЛИ обозначить /f о6Т , то ражение (7) можно записать в сле дующем виде: е -1J-4T повьшени точности дл дополнительного изобретени по сравнению с основным определ ют н основании соотношений (5) и (8) ;.(л.)-.г, д-- -. . (gj Учитьгоа ,. что /йТ«Т выражени ( 9) дл эффекта цовьшгени точнос примет вид 1 Э4(е-) , Ио) где Т и обычно выбираетс в диапазоне 3-5. Согласно выражению (10) эффект повышени точности тем больше, чем больше otТ г.. Например, при 3 точность повышаетс более чем в шесть раз, а при f 5 точность увеличиваетс почти в тридцать раз. Если в качестве генератора 25 импульсов использовать кварцевый генератор с частотой f 64Ю кГц, а . разр дность регистров 9 и 10 сдвига выбрать равной п 64, то абсолютна погрешность измерени временного 4Т . интервала;составит Тогда относительна погрешность предлагаемого устройства, рассчитанна по формуле (7), например, дл 3 и 0 1, составит 0,5-10- отн.ед. или 0,, Технико-экономические преимущест-. ва предлагаемого устройства по сравнению с базовым, в качестве которого выбрана серийна отечественна аналогова вычислительна машина МН-10М, имеюща наименьшие приведенные затраты, заключаютс в повьш1ении точности. Погрешность вычислени показател экспоненциальной функции с помощью АВМ МН-10М составл ет 5%. I Относительна погрешность дл предлагаемого устройства, как было показано, дл , d- и dT 10 с составл ет 0,. Следователь- , но, это устройство, позвол ет повысить точность вычислени показател экспоненциальной функции по сравнению с аналоговой вычислительной машиной в 10 раз.
hi.1