SU1140098A1 - Цифровой интерпол тор - Google Patents

Abstract

1. ЦИФРОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий блок управлени , блок вычис:Лени  разности и последовательно соединенные счетчики текущих координат, первый коммутатор и первый накапливающий сум- матор, второй вход которого подключен к первому входу цифрового интерпол тора, а выход - к первому входу блока управлени , соединенного первым выходом с управл ющим входом первого коммутатора , а вторым - с первыми входами счетчиков текущих координат и выходом цифрового интерпол тора, выходы счетчиков текущих координат через блок вычислени  разности подключены к третьему входу первого коммутатора, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем о6еспе юни  1шфровой эллиптической ин терпол цин устройства, в него введены первый и второй регистры, второй коммутатор , второй накапливающий сумматор и элемент И, выход которого соединен с вторым выходом цифрового интерпол тора, а второй вход - с. вторым выходом блока управлени , выход второго накапливающего сумматора подключен к второму входу блока управлени , третий выход которого соеданен с первым входом второго коммутатора, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, а третьи входы блока управлени   вл ютс  вторыми входами цифрового интерпол тора, третьи входы которого соединены с входами первого и второго регистров, четвертый вход соединен со вторым входом второго т акапливающего сумматора , а п тые в-оды - с вторыми входами счетчиков текуп11 х координат. 2. Интерпол тор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что блок управлени  содержит генератор импульсов, два переключател , три элемента задержки, RS -триггер , элемент НЕ ,четыре элемента И и элемент ИЛИ, первый вход которого соедине с вторым входом блока и через первый элемент задержки с S входом RS триггера , R -вход которого подключен к ъторому входу блока управлени , а пр мой выход - к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов , а третьи входы - через первый переключатель с первым входом блока управлени , выходы первого и второго элементов И подключены к второ. у выходу блока управлени  и через второй и третий элементы задержки и второй переключатель к первому выходу блока управлени , второй «ыход второго переключател  соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй вход блока управлени  подключен к первому входу третьего элемента И и через элемент НЕ к перво.иу входу четвертого элемента И, вторые входы третьего и чет

Description

вертого третьего эпементов И соединены с выходомэлементов - с третьими выходами блока упэлемента эадержки, а выходы этихравнени . 1140098

1

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в устройствах вывода графической информации, а также в системах числового программного управлени  оборудованием.

При машинном построении чертежей часто необходимо чертить аксонометрические и изометрические виды деталей, содержацдах круглые отверсти , валы, втулки и другие компоненты, имеюидие круглые и щшиндрические поверхности. Проекции этих деталей имеют эллиптические линии.

Эллиптические интерпол торы используютс  при обработке на станках с программным управлением эллиптических профилей и контуров.

Известны цифровые интерпол торы, содержащие накапливающие сумматоры, коммутаторы , счетчики, генераторы импульсов, логические схемы, блок управлени , св занный с другими узлами и интерпол тора .

Однако они интерполируют окружность, но не могут интерполировать эллипс. Кроме того, они имеют значительную методическую погрешность работы, вызванную особенностью алгоритмов, положенных в их основу (выбо очередного шага по знаку оценочной функции ).

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности круговой интерпол тор, содержащий накапливающий сумматор, входы и выходы которого соединены соответственно с выходом коммутатора, первым входом интерпол тора и входом блока управлени , соединенного своими выходами с первым входом коммутатора, выходами интерпол тора и входами счетчиков, выходами подключенных к вторым входам интерпол тора , выходы которых соединены с вторыми входами коммутатора. Интерпол тор содержит блок вычислени  разности, подключенный входами к выходам обоих счетчиков , а выходом - к третьему входу коммутатора. Его методическа  погрешность в два раза меньше вышеупом нутых и составл ет полшага интерпол ции (2).

Однако известный интерпол тор обладает ограниченными функциональными возможност ми , в частности, он не может выполн ть цифровую эллиптическую интерпол цию .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем обеспечени  цифровой эллиптической интерпол ции.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в .цифровой интерпол тор, содержащий блок управлени , блок вычислени  разности и последовательно соединенные счетчики текущих координат, первый коммутатор и первый накапливающий сумматор, второй вход которого подключен к первому входу цифрового интерпол тора, а выход - к первому входу блока управлени , соединенного первым выходом с управл ющим входом первого коммутатора, а вторым - с первыми входами счетчиков текущих координат и выходом цифрового интерпол тора, выходы счетчиков текущих координат через блок вычислени  разности подключены к третьему входу первого коммутатора, введены первый и второй регистры, второй коммутатор , второй накапливаюишй сумматор и элемент И, выход которого соединен с вторым выходом цифрового интерпол тора, а второй вход - со вторым выходом блока управлени , выход второго накапливающего сумматора подключен к второму входу блока управлени , третий вь1ход которюй соединен с первым входом второго коммутатора, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, а третьи входы блока упралени   вл ютс  вторыми входами цифрового интерпол тора, третьи входы которого соедииены со входами первого и второго регистров, четвертый вход соединен с вторым входом второго накапливающего сумматора , а п тые входы - со вторыми входами счетчиков текущих координат.

Блок управлени  содержит генератор импульсов , два переключател , три элементазадержки , R5-триггер, четыре элемента И и элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым входом блока и через первый элемент эадержки с Э входом

ft5 -триггера, R-вход которого подключен к второму входу блока управлени , а пр мой выход - к первым входам первого J и второго элементов И, вторые входы которых соеданены с выходом генератора импульсов , а третьи входы - через первый переключатель с первым входом блока управлени , выходы первого и второго элеме тов И подключены к вторым выходам бло ка управлени  и через второй и третий элементы задержки и второй переключатель к первым выходам блока управлени , второй выход второго переключател  соедтмен со вторым входом элемента ИЛИ, второй вход блока управлени  подключен к первому входу третьего элемента И и через . элемент НЕ к первому входу четвертого элемента И, вторые входы третьего и четве того элементов И соединены с выходом третьего элемента задержки, а выходы этих элементов - с третьими выходами блока управлени . Данна  конструкци  интерпол тора обеспечивает цифровую эллиптическую интерпол цию на базе круговой интерпол ции путем прореживани  управл ющих импульсов по одной из координат (например, по ч ) На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого интерпол тора; на фиг. 2 функциональна  схема блока управле1ш ; н фиг. 3 - функциональна  схема блока вьгчислени  разности; на фиг. 4 - функциональна  схема коммутатора; на фиг. 5 временные диаграммы сигналов в основных уэлах интерпол тора; на фиг. 6 - тра екто|ж  зллиптической интерпол ции. В предлагаемый интерпол тор входит ( фиг. 1)-лервый накапливающий сумматор блок 2 управлени , первый коммутатор 3, блок 4 вычислени  разности, первый счетчи 5, двувходовый элемент И 6, первый 7 и второй 8 регистры, второй-накапливающий сумматор 9, второй коммутатор 10 и второй счетчик 11. Интерпол тор имеет управл ющие входы Пуск и Стоп св занные с одноименным входами блока 2 управлени , содержащего (фиг. 2) триггер 12, первый 13, второй 14 и третий 15 элемеиты задержки, переключа тель 16 направлени  движени  (по или про тив часовой стрелки), переключатель 17 номера полуквадрапта, элемент 18, два двувходовых элемента И 19 и 20, элемент ИЛИ 21, элементы И 22 и 23, а также генератор 24 импульсов. Переключатель 16 направлени  движени  и переключатель 17 номера полуквадранта содержат по одному двухпозиционному переКлючателю на три направлени  каждый. Блок 4 вычислени  разности (фиг. 3) состоит иэ комбинационного сумматора 25 8 с двум  входами, причем разр дные выходы этого сумматора смещены в сторону старших разр дов, а rta место младшего разр да подаетс  ннзкий уровень напр жени  (О), если операции в первом накапливающем сумматоре 1 выполн ютс  в дополнительном коде (если в обратном коце, младший разр д подключен к знаковому разр ду). Вход переноса младшего разр да комбинационного сумматора 25 св зан с высоким уровнем напр жени  (1). Коммутатор 3, (фиг. 4) содержит на каждый разр д три элемента И 26 и один трехвходовый элемент ИЛИ 28. Причем его входы св заны с выходами элементов И 26 и 27, входы которых в свою очередь соединены cooтвeтcтвyюши ffl входами, а также с управл ющими шинами первого вхо да коммутатора 3. Второй коммутатор имеет два управл ющих и два информационных входа, т.е. третий элемент И в каждом разр де из схемы исключен. Величины задержек и t первого и второго элементов задержки выбираютс  большими времени сложени  сумматоров 1, но меньшими половины периода следовани  импульсов от генератора 24. Разр дность сумматорюв 1 и 9 и счетчиков 5 и 11 выбираетс  в зависимости от величины R (больша  полуось эллипса). Ниже приведены рекуррентные соотношени , составл ющие алгоритмы работы предлагаемого интерпол тора (конкретизироваиные дл  первого полуквадранта первого квадранта при движении против часовой стрелки). i + -t Zi + ЬМ Гх. ,ес ,-1 , если j7,0 , , ес.Аи Uj о Ъ V . если U: 1,0

е i 0, 1, 2, ... - номер такта (шага) интерпол ции;

интерпол ции;

X;, УО - начальна  точка интерпол ции;

;, и. - текущие содержимые Лервого 1 и второго 9 накапливающих сумматоров , соответственно;

Х; , Z. - текущие содержимые первого 5 и второго 11 счетчиков соответственно;

X;, у- - текущие координаты эллиптической интерпол ции , задающие траекторию; R ,(- - длины больщой и малой полуосей эллипса измеренные в шагах интерпол ции; f 3 ,-р - оператор вз ти  цело части величины, наход щейс  в скобках Перед началом работы триггер 12 в блоке 2 управлени  должен быть сброшен в О, в первый 5 н второй 11 счетчики занос тс  координаты начальной точки х и оС соответственно, а в первый 1 н второй 9 накапливающие сумматоры R и (у-г) соответственно. Кроме того, в первый 7 и второй 8 регистры занос тс  величины н (R-h I соотаетственно. В дальнейшем интерпол тор работает по тактам, начина  после по влени  сигнала Пуск, поступающего на элемент 13 задерж ки и через элемент ИЛИ 21 на выход бло 2 управлени . Запускаетс  первый коммутатор 3, который подсуммирует к содержимому первого накапливающего сумматора 1 величину 2(2д-)(ц)+ 2, получаемую на блоке 4 вычислени  разности. На этом заканчиваетс  подготовка начального значени  EQ . Спуст  некоторое врем , задаваемое элементом 13 задержки ( i c,v« ) сигнал Пуск по вл етс  на входе 5 триггера 12 и, устанавлива  его в 1, , разрешает прохождение первого и последую них импульсов от генератора 24 импульсов на входы первого 22 и второго 23 элементов И. Допустим необходимо воспроизвести дугу эллипса, наход щуюс  в первом полуквадранте (против часовой стрелки). В каждом такте сигналы, приход щие со знакового разр да первого сумматора I

(§{/0 или Е; 0), поступают через переключатель 16 направлени  движени  , элементы И 22 и 23IB блок 5, а через элементы 14 и 15 задержки и пе{ ключатель 17

номера квадранта первый и далее в блок 3.

Сигналы на втором выходе увеличивают на 1 соде{ «(Ммое второго счетчнка и могут уменьшить на 1 содержимое первого счетчика в зависимости от знака содержимого первого сумматора 1 (если

Е ( 7/ О, то уменьшают на 1, если S,- О не измен ют).

Сигналы с . первого выхода первого блока управлени  поступают на управл ющий

вход первого коммутатора 3, разреша  подсуммированне к содержимому первого сумматора 1 либо (-2xj+ + 1), либо (), либо 2( х, )+2 по соответствующим входам. Этим производитс  корректировка оценочной функции 6 Вычисление величины ( ; - х,. ) производитс  с помощью блока 4 вычислени  разности, а точнее, с помощью комбинационного сумматора 25. При зтом на вход переноса младшего разр да подаетс  1, а умножение на два осуществл етс  за счет смещени  влево на один разр д (разр дник ) выходов при подключении сумматора 25 к первому коммутатору 3. Импульс поступающий на вход первого счетчика 5,  вл етс  выходным импульсом по выходу (координата х ) цифрового интерпол тора, а такой же импульс на входе второго счетчнка 11 проходит на выходе (координата ) интерпол тора не во вс кий такт, а только в случае, если элемент И 6 открыт. Он управл етс  знаком содержимого второго сумматора 9. В каждом такте это содержимое обновл етс  под управлением первого 19 и второго 20 элементов И блока улравлени  2 в зависимости от сигнала по второму входу 9, поступающего на один из входов каждого из этих элементов либо непосредственно , либо через элемент НЕ 18. Таким образом, в конце каждого такта через второй коммутатор 10 к содержимому второго сумматора 9 подсуммнруетс  либо - из первого 7, либо - из второго 8 регистров . Содержимые этих регистров поступают на входы второго коммутатора 10 и проход т через элементы И 26 и ИЛИ 28. Количество тактов задаетс  внещней схемой (не показана), котора  в определенный момент (например, при достнженин траекторней заданной точки на плоскости) вьщает сигнал Стоп. Он поступает на вход триггера 12, который, устанавлива сь в О, запрещает дальнейшее прохождение импульсов

(тактов) с генератора 24 импупъсоъ на все выходы блока 2 управлени .

На фиг. 5 дан временна  диаграмма работы интерпол тора (прн движении против часовой стрелки в. первом полуквадранте первого квадраита) дл  конкретного выполнени  П1Ж , -7, f,-II и -Уд-О.

Методическа  погрешность цифровой эллипт чеоо юпероол фш, как видно из траектории движени  рабочего органа дл  случа  R И, Ь 7 (фиг. 6), не превышает одного шага интерпол ции.

ус/

Стоп

Цифровой интерпол тор может бьпъ построен на интегральных микросхемах, в том числе в виде СИС и БИС.

Использование предлагаемого цифрового интерпол тора позвол ет по сравнению с базовым объектом, в качестве которого выбран прототип, ускор ть, например, построенне аксонометрических и изометрических видов круглых деталей в 2,7-3,0 раза, в целом ускор   процесс построени  чертежей на 20-25%.

В случае использовани  станков с программным управлением аналогично повышаетс  их производительность.

К..1Г

ШС4

Т-г лк-г

Фиг.1

t t t t t t t Т t

mw

-XIZ

.S

HSn.S

Н5Л.10

Фиг. 2

25

Фие.:5 .

Фие.Ц.

Фив. 5

Claims (2)

1. ЦИФРОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР, содержащий блок управления, блок вычисления разности и последовательно соединенные счетчики текущих координат, первый коммутатор и первый накапливающий сумматор, второй вход которого подключен к первому входу цифрового интерполятора, а выход — к первому входу блока управления, соединенного первым выходом с управляющим входом первого коммутатора, а вторым - с первыми входами счетчиков текущих координат и выходом цифрового интерполятора, выходы счетчиков текущих координат через блок вычисления разности подключены к третьему входу первого коммутатора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения цифровой эллиптической интерполяции устройства, в него введены первый и второй регистры, второй коммутатор, второй накапливающий сумматор и элемент И, выход которого соединен с вторым выходом цифрового интерполятора, а второй вход - с. вторым выходом блока управления, выход второго накапливаю щего сумматора подключен к второму входу блока управления, третий выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, а третьи входы блока управления являются вторыми входами цифрового интерполятора, третьи входы которого соединены с входами первого и второго регистров, четвертый вход соединен со вто рым входом второго накапливающего сумматора, а пятые в :оды — с вторыми входами счетчиков текущих координат.

2. Интерполятор по π. 1, о т л и чающийся тем, что блок управления содержит генератор импульсов, два переключателя, три элемента задержки, Rs -триггер, элемент НЕ ,четыре элемента И и элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым входом блока и через первый элемент задержки с $ входом R5 триггера, R -вход которого подключен к второму входу блока управления, а прямой выход — к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а третьи входы — через первый переключатель с первым входом блока управления, выходы первого и второго элементов И подключены к второ, у выходу блока управления и через второй и третий элементы задержки и второй переключатель к первому выходу блока управления, второй выход второго переключателя соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй вход блока управления подключен к первому входу третьего элемента И и через элемент НЕ к первому входу четвертого элемента И, вторые входы третьего и чет- вертого элементов И соединены с выходом третьего элемента задержки, а выходы этих элементов - с третьими выходами блока управления.

ί