DE2619496A1 - Interpolationsverfahren bei einem funktionsgenerator und interpolationsschaltung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Interpolationsverfahren bei einem funktionsgenerator und interpolationsschaltung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2619496A1
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register
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DE19762619496
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Jean-Louis Dr Pfeffer
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/17Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Interpolationsverfahren bei einem Funktionsgenerator und Inter-
  • polationsschaltung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Interpolationsverfahren bei einem Funktionsgenerator mit in einem Speicher gespeicherten und mit einer Taktfrequenz ausgelesenen Ordinatenwerten, sowie auf eine interpolationsschaltung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Es sind Funktionsgeneratoren bekannt, beispielsweise aus der DT-OS 2 260 263, bei denen in einem Speicher Ordinatenwerte beliebiger Funktionen gespeichert sind. Diese Ordinatenwerte können mit einer wählbaren Taktfrequenz aus dem Speicher ausgelesen und über einen Digital-Analog-Umsetzer in eine analoge Funktion umgewandelt werden. Beim Gegenstand der erwähnten Offenlegungsschrift ist auch ein Interpolationsverfahren vorgesehen, mit dessen Hilfe den diskreten digitalen Ordinatenwerten besonders erzeugte Sägezahnspannungen überlagert werden. Auf diese Weise werden die diskreten Ordinatenwerte linear interpoliert und ein annähernd stetiger Verlauf der künstlich erzeugten Funktion erreicht.
  • Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß für die Erzeugung der Sägezahnspannungen eine Technik angewandt werden muß, die mit hochgenauen Gleichspannungsverstärkern arbeitet. Dadurch werden an die Konstanz von Bauteilen und Spannungsquellen erheblich höhere Anforderungen gestellt als es bei der digitalen Technik im allgemeinen notwendig ist.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Interpolationsverfahren und eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die sich ausschließlich im Rahmen der digitalen Schaltungstechnik halten und deshalb geringere Anforderungen als das bekannte Interpolationsverfahren stellen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Interpolationsverfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in zeitlich aufeinanderfolgenden Schritten die Differenz zwischen zwei benachbarten Ordinatenwerten gebildet, der Differenzwert durch eine der Anzahl der im zwischen den benachbarten Ordinatenwerten liegenden Intervall vorgesehenen Interpolationswerte (Inkremente) entsprechenden Zahl k geteilt, der Quotient nacheinander im Takt einer zweiten, gegenüber der Auslesefrequenz k-fach erhöhten Taktfrequenz mit allen ganzen Zahlen von 1 bis k multipliziert und die Produkte jeweils einem der das Interpolationsintervall begrenzenden Ordinatenwerte additiv zugeordnet werden.
  • Das neue Interpolationsverfahren arbeitet demnach nur mit digitalen Methoden und vermeidet eine aufwendige Mischtechnik, in der digitale und analoge Methoden miteinander kombiniert sind.
  • Eine Interpolationsschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch je ein Register für einen von zwei benachbarten Ordinatenwerten, eine mit je einem ihrer beiden Eingänge an Ausgängen der Register angeschlossene Subtraktionseinheit, ein mit seinem Eingang an dem Ausgang der Subtraktionseinheit liegendes erstes Zwischenregister, eine mit dessen Ausgang über einen digitalen Multiplexer verbundene Addiereinheit, von der ein zweiter Eingang über ein zweites Zwischenregister an ihren Ausgang angeschlossen ist und von der ein dritter Eingang mit einem Ubertragsausgang eines Vergleichers verbunden ist, an dessen eine Eingänge Ausgänge für die ( - 1)-Bits geringerer Wertigkeit des digitalen Multiplexers angeschlossen sind und an dessen anderen Eingängen - 1 Bitausgänge eines mit der k-fachen Taktfrequenz beaufschlagten Zählers liegen, eine mit ihren Eingängen an den Ausgängen der ersten Addiereinheit bzw.
  • einen Ausgang eines dritten Zwischenregisters für einen der benachbarten Ordinatenwerte angeschlossene zweite Addiereinheit, deren Ausgang mit dem Eingang eines Registers für die interpolierten Ordinatenwerte verbunden ist, sowie durch eine Zeitsteuerung, über die Takteingänge des ersten und dritten Zwischenregisters mit der einfachen Taktfrequenz und Takteingänge des zwei- ten Zwischenregisters und des Registers für die interpolierten Ordinatenwerte mit der k-fachen Taktfrequenz beaufschlagt sind.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung, die ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels darstellt, näher erläutert.
  • Ein Schreib-Lesespeicher RAM ist mit seinen Ausgängen mit einem Register A und einem Register B verbunden. Dabei wird das Register B 20 ns vor dem Register A angesteuert, so daß ein zeitlich zuerstkommender Ordinatenwert in dem Register B und ein darauffolgender Ordinatenwert im Register A abgespeichert wird. Ausgänge der Register A und B sind an Eingänge einer Subtraktionseinheit SUB gelegt. Der Ausgang der Subtraktionseinheit SUB liegt am Eingang eines ersten Zwischenregisters C. Ein Ausgang des Zwischenregisters C ist mit einem entsprechenden Eingang und ein invertierter Ausgang ist mit einem entsprechenden anderen Eingang eines digitalen Multiplexers MUX verbunden. Die drei ersten Bitausgänge des digitalen Multiplexers liegen an entsprechenden Eingängen eines Vergleichers COM. Ausgänge des Multiplexers MUX für die Bits 4 bis 12 sind mit entsprechenden Eingängen einer Addiereinheit AD1 verbunden. Summenausgänge der Addiereinheit AD1 sind an Eingänge einer zweiten Addiereinheit AD2 angeschlossen und ebenso über ein zweites Zwischenregister R mit zweiten Eingängen der Addiereinheit AD1 verbunden. Ein Ubertragsausgang des Vergleichers COM ist an einen Übertragseingang der Addiereinheit AD1 angeschlossen. Vergleichseingänge des Vergleichers sind mit entsprechenden Bitausgängen eines Zählers Z verbunden, dessen Zähleingänge von einer Zeitsteuerung ZST mit einer Taktfrequenz beaufschlagt sind, die das 8-fache einer Taktfrequenz beträgt, die den Steuereingang des ersten Zwischenregisters C beaufschlagt.
  • Die einfache Taktfrequenz liegt auch am Steuereingang eines Registers B' für den Ordinatenwert, der im Register B gespeichert liegt und an Clear-Eingängen des Zählers Z und des Zwischenregisters R. Bitausgänge des Registers B' liegen an entsprechenden Eingängen der Addiereinheit AD2. Summenausgänge der Addiereinheit AD2 sind mit entsprechenden Eingängen eines Registers INT verbunden, in dem die interpolierten Ordinatenwerte gespeichert sind. Von dort können sie mit Hilfe der 8-fachen Taktfrequenz an einen nicht dargestellten Digitalmultiplexer weitergegeben und anschließend in einem ebenfalls nicht dargestellten Digital-Analog-Wandler in eine analoge Funktion umgewandelt werden. Die 8-fache Taktfrequenz wird dem Register INT über ein NA#TD-Gatter N3 zugeführt. Ein zweiter Eingang des NAND-Gatters N3 ist mit dem Ausgang eines NAND-Gatters N2 verbunden, dessen einer Eingang an den Ausgang eines NAND-Gatters N1 angeschlossen ist, dessen Eingänge an den Bitausgängen des Zählers Z liegen. Ein zweiter Eingang des NAND-Gatters N2 liegt an einem Bitausgang für das 11. Bit des Registers B', das eine Information darüber enthält, ob die Interpolation durchgeführt werden soll oder nicht. Das 10. Bit der Differenz der Ordinatenwerte enthält eine Information über das Vorzeichen. Es ist mit einem Select-Eingang des digitalen Multiplexers MUX und Steuereingängen SO bis S3 der Addiereinheit AD2 verbunden.
  • Im folgenden wird die Wirkungsweise der Interpolationsschaltung erläutert. Die aus dem Schreib-Lesespeicher RAM ausgelesenen Daten werden in den zwei nachgeschalteten Registern A und B abgelegt. Das Register B wird 20 ns vor dem Register A angesteuert, so daß der zeitlich vorauslaufende Ordinatenwert in das Register B und der darauffolgende Ordinatenwert in das Register A abgespeichert wird. Für die Zwischenzeit zwischen zwei Taktimpulsen stehen die zwei digitalen Ordinatenwerte für die Weiterverarbeitung zur Verfügung. Wenn keine Interpolation programmiert ist, werden die Daten aus dem Register A über einen nicht dargestellten digitalen Multiplexer zum Analogteil weitergeleitet. Wird interpoliert, so stehen dafür die Subtraktionseinheit SUB und die Addiereinheiten AD1 und AD2 zur Verfügung. Die Subtraktionseinheit SUB besteht aus drei 4-Bit-arithmetischen Logikeinheiten und einer Übertragseinheit, die als 12-Bit-Rechenelement mit Parallelübertrag geschaltet sind. Durch nicht dargestellte Steuereingänge ist die Recheneinheit fest als Subtraktionseinheit programmiert.
  • Mit einem in der Zeitsteuerung ZST erzeugten Übernahmesignal wird die Differenz der Inhalte der Register A und B im Zwischenregister C abgespeichert. Gleichzeitig wird der Ordinatenwert aus dem Register B in dem nachgeschalteten Register B' gespeichert. Das 10. Bit steuert den Select-Eingang des digitalen Multiplexers MUX derart, daß, wenn das Vorzeichen positiv ist, die nichtinveftierten Ausgänge des Zwischenregisters C durchgeschaltet und, wenn das Vorzeichen negativ ist, die invertierten Ausgänge durchgeschaltet werden. Die Teilung der Differenz der Ordinatenwerte durch die Zahl k, im Beispiel 8, wird dadurch erreicht, daß nur das 4. bis 12. Bit der Differenz auf die einen Eingänge der Addiereinheit AD1 geschaltet werden. Die anderen Additionseingänge sind über das Zwischenregister R mit dem Summenausgang der Addiereinheit AD1 gekoppelt. Mit jedem Taktimpuls der 8-fachen Taktfrequenz findet eine Multiplikation der Inkremente durch Aufaddieren statt. Die vernachlässigten 1. bis 3. Bits werden über einen Vergleicher als Rest berücksichtigt, so daß bei jedem Impuls der 8-fachen Taktfrequenz ein Ubertrag zum Inkrement addiert wird, bis der Rest gleich Null ist. Dazu dient der Zähler Z, der mit der 8-fachen Taktfrequenz angesteuert ist. Die Operation der Inkrementbildung wiederholt sich achtmal, bis das Inkrement gleich der Differenz der benachbarten Ordinatenwerte wird. Dann wird das Intervall zwischen den nächsten Ordinatenwerten interpoliert. In der Addiereinheit AD2 werden die Inkremente zu dem Ordinatenwert des Registers B addiert bzw. subtrahiert, je nach dem Vorzeichen der Differenz. Diese Steuerung findet über Steuereingänge SO bis S3 der Addiereinheit AD2 statt. Die in der Addiereinheit AD2 anfallenden Ausgangswerte sind im nachgeschalteten Register INT gespeichert und können von dort über einen digitalen Multiplexer an den Digital-Analog-Wandler weitergegeben werden.
  • Die Zeitsteuerung ZST regelt den zeitlichen Ablauf des Interpolationsvorgangs und berücksichtigt die in der Schaltung aufgetretenen Durchlaufzeiten der zu verarbeitenden Daten.
  • 2 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e

Claims (2)

  1. Patentansprüche Interpolationsverfahren bei einem Funktionsgenerator mit in einem Speicher gespeicherten und mit einer Taktfrequenz ausgelesenen Ordinatenwerten, dadurch gekennzeichnet, daß in zeitlich aufeinanderfolgenden Schritten die Differenz zwischen zwei benachbarten Ordinatenwerten gebildet, der Differenzwert durch eine der Anzahl der im zwischen den benachbarten Ordinatenwerten liegenden Intervall vorgesehenen Interpolationswerte (Inkremente) entsprechenden Zahl k geteilt, der Quotient nacheinander im Takt einer zweiten, gegenüber der Auslesefrequenz k-fach erhöhten Taktfrequenz mit allen ganzen Zahlen von 1 bis k multipliziert und die Produkte jeweils einem der das Interpolationsintervall begrenzenden Ordinatenwerte additiv zugeordnet werden.
  2. 2. Interpolationsschaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch je ein Register (A, B) für einen von zwei benachbarten Ordinatenwerten, eine mit je einem ihrer beiden Eingänge an Ausgängen der Register (A, B) angeschlossene Subtraktionseinheit (SUB), ein mit seinem Eingang an dem Ausgang der Subtraktionseinheit (SUB) liegendes erstes Zwischenregister (C), eine mit dessen Ausgang über einen digitalen Multiplexer (MUX) verbundene erste Addiereinheit (AD1), von der ein zweiter Eingang über ein zweites Zwischenregister (R) an ihrem Ausgang angeschlossen ist und von der ein dritter Eingang mit einem Ubertragsausgang eines Vergleichers (COM) verbunden ist, an dessen eine Eingänge Ausgänge für die k - 1)-Bits geringerer Wertigkeit des digitalen Multiplexers (MUX) angeschlossen sind und an dessen anderen Eingängen Bitausgänge eines mit der k-fachen Taktfrequenz beaufschlagten Zählers (Z) liegen, eine mit ihren Eingängen an den Ausgang der ersten Addiereinheit (AD1) bzw. einen Ausgang eines zweiten Zwischenregisters (B') für einen der benachbarten Ordinatenwerte angeschlossene zweite Addiereinheit (AD2), deren Ausgang mit dem Eingang eines Registers (INT) für die interpolierten Ordinatenwerte verbunden ist, sowie durch eine Zeitsteuerung (ZST), über die Takteingänge des ersten und dritten Zwischenregisters (C, B') mit der einfachen Taktfrequenz und Takteingänge des zweiten Zwischenregisters (R) und des Registers (INT) für die interpolierten Ordinatenwerte mit der k-fachen Taktfrequenz beaufschlagt sind.
DE19762619496 1976-05-03 1976-05-03 Interpolationsverfahren bei einem funktionsgenerator und interpolationsschaltung zur durchfuehrung des verfahrens Ceased DE2619496A1 (de)

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JP5111277A JPS52144937A (en) 1976-05-03 1977-05-02 Method and circuit for interpolating function generator

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