SU1709269A1 - Цифровой линейный интерпол тор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам управлени  двухкоординатным шаговым приводом в графопостроител х. Цель изобретени  - повышение точностипри исключении зависимости погрешности выхода в заданную точку от длины вектора при выбранном коэффициенте делени  делител  частоты. Цифровой линейный интерпол тор содержит регистр хранени  коэффициента делени  и буферный регистр констант, первый и второй D-триггеры, с первого по четверт1э1й счетчики импульсов, делитель частоты, генератор импульсов, элемент И, первый и второй элементы ИЛИ, первый, второй и третий формирователи импульсов, первую, вторую и третью информа- ционные шины, вход, управл ющий записью, вход начальной установки, управл ющий вход "Пуск", управл ющий вход коррекции коэффициента делени , выход меньшего приращени , выход "Останов" и выход большего приращени . 4 ил.^

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, ч частности к устройствам управлени  двухкоординатным приводом в графопостроител х.

Известен интерпол тор, содержащий блок управлени , генератор импульсов, делитель частоты, первый и второй счетчики, первый и второй блоки сравнени , первый регистр приращени  (ДХ) и второй регистр приращени  (Л Y), третий и четвертый счетчики , а также третий и четвертый блоки сравнени .

Недостатком данного интерпол тора  вл етс  его сложность, так как он полностью симметричен дл  обеих координат, что требует одинакового количества разр дов соответствующих счетчиков, блоков сравнени  и регистров как дл  оси X, так и дл  оси У.

Известен также интерпол тор, содержащий счетчики координатных приращений , блок управлени  нормализацией приращений, координатные регистры сдвига , счетчик конца цикла, координатные делители частоты и генератор импульсов.

Однако указанный интерпол тор характеризуетс  невысоким быстродействием, так как интерпол ци  вектора осуществл етс  короткими отрезками переменной длины и переменной крутизны от отрезка к отрезку, причем эти изменени  кратны периоду генератора импульсов, эти изменени  могут привести к выходу ШД меньшего приращени  из синхронизма.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  цифровой линейный интерпол тор, содержащий регистр хранени  коэффициента делени , буферный регистр констант, первый и второй счетчики импульсов, делитель частоты, первый D-триггер, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, группа информационных входов регистра хранени  коэффициента делени  соединена с первой информационной шиной линейного интерпол тора , а разр дные выходы - с группой информационных входов первого счетчика импульсов,тактовый вход которого соединен с тактовым входом делител  частоты и с выходом элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого Dтриггера , D-вход которого соединен с входом логической единицы линейного интерпол тора, управл ющий записью вход которого соединен с С-входами регистра хранени - коэффициента делени  и буферного регистра констант.

Недостаток известного устройства обусловлен невысокой точностью, так как погрешность выхода в заданную точку зависит от длины вектора при выбранном коэффициенте делени  делител  частоты. Выбранный коэффициент делени  делител  частоты обеспечивает допуск на погрешность дл  векторов не более определенной длины. В случае, если требуетс  вычертить вектор еще большей длины, то погрешность выхода в заднную точку превысит допустимую , и, чтобы сохранить ее в пределах допуска дл  векторов большей длины, требуетс  еще увеличивать коэффициент делени  делител  частоты. Так, например, дл  поддержани  соотношени  частот на выходах интерпол тора с точностью до. второго знака необходимо иметь шесть двоичных разр дов делител  частоты, а с точностью до третьего знака - дес ть, при этом все равно погрешность из-за неучтенного четвертого и последующих знаков будет сказыватьс  на более длинных векторах.

Цель изобретени  - повышение точности работы при исключении зависимости погрешности выхода в заданную точку от длины вектора при выбранном коэффициенте делени  делител  частоты.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой линейный интерпол тор, содержащий регистр хранени  коэффициента делени  и буферный регистр констант, первый и второй счетчики импульсов, делитель частоты , первый D-триггер, генератор импульсов , выход которого соединен с первым входом элемента И, группа информационных входов регистра хранени  коэффициента делени  соединена с первой информационной шиной линейного интерпол тора, а разр дные выходы с группой информационных входов первого счетчика импульсов,

тактовый вход которого соединен с тактовым входом делител  частоты и с выходом элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого D-триггера, D-вход которого соединен с входом логической единицы линейного интерпол тора, управл ющий записью вход которого соединен с С-входами регистра хранени  коэффициента делени  и буферного регистра констант, введены третий и четвертый

5 счетчики импульсов, второй D-триггер, два элемента ИЛИ, три формировател  импульсов , выход делител  частоты через первый формирователь импульсов соединен с выходом большего приращени  линейного интерпол тора и с тактовым входом второго счетчика импульсов, группа информационных входов которого подключена к второй информационной шине линейного интерпол тора , а С-вход соединен с управл ющим

5 записью входом линейного интерпол тора и с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, а выход второго счетчика импульсов соединен с S-входом первого D-триггера, пр мой выход которого  вл етс  выходом Останов линейного интерпол тора , управл ющий вход HY которого соединен с С-входом первого D-триггера, инверсный выход которого соединен с Rвходами второго О-триггера и делител  частоты, а R-вход - с управл ющим входом Пуск линейного интерпол тора, управл ющий вход Коррекци  коэффициента делени  которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий вход которого через второй формирователь импульсов подключен к выходу четвертого счетчика импульсов и второму тактовому входу регистра хранени  коэффициента делени , первый тактовый вход которого подключен к выходу

5 третьего счетчика импульсов, группа информационных входов которого соединена соответственно с выходами буферного регистра констант, а тактовый вход третьего счетчика импульсов соединён с тактовым

0 входом четвертого счетчика импульсов и первым выходом третьего формировател  импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с С-входом

5 первого счетчика импульсов, выход которого соединен с S-входом второго D-триггера, D-вход которого подключен к входу логического нул  линейного интерпол тора, Свход соединен с выходом элемента И. а выход соединен с входом третьего формиро-.

вател  импульсов и с выходом меньшего приращени  линейного интерпол тора, треть  информационна  шина которого соединена с группой информационных входов буферного регистра констант, на группу информационных входов четвертого счетчика импульсов подаетс  двоичный код числа 100. а С-вход четвертого счетчика импуль сов соединен с С-входом третьего счетчика импульсов и с выходом первого элемента ИЛИ.

На фиг. 1 представлена электрическа  функциональна  схема цифрового линейного интерпол тора; на фиг. 2 - временные диаграммы формировани  выходных частот интерпол тора; на фиг. 3 - временные диаграммы синхронизации работы интерпол тора; на фиг. 4 - процесс интерпол ции.

Цифровой линейный интерпол тор содержит регистр 1 хранени  коэффициента делени  и буферный регистр 2 констант, первый 3 и второй 4 D-триггеры, с первого по четвертый счетчики 5-8 импульсов, делитель 9 частоты, генератор 10импульсов, элемент И 11, первый 12 и второй 13 элементы ИЛИ, первый, второй и третий формирователи 14-16 импульсов, первую, вторую и третью информационные шины 17-19, управл ющий записью вход 20, вход 21 начальной установки, управл ющий вход 22 Пуск, управл ющий вход 23 коррекции коэффициента делени , выход 24 меньшего приращени , выход 25 Останов и выход 26 большего приращени , причем группа информационных входов регистра 1 хранени  коэффициента делени  соединена с первой информационной шиной 17 линейного интерпол тора , втора  информационна  шина 18 которого соединена соответственно с группой информационных входов второго счетчика 6 импульсов, выход которого соединен с S-входом D-триггера 3, D-вход которого соединен с входом логической единицы линейного интерпол тора, а Свход соединен с входом 21 начальной установки линейного интерпол тора, управл ющий вход 22 Пуск которого соединен с Н входом первого D-триггера 3, пр мой выход которого  вл етс  выходом 25 Останов линейного интерпол тора, а инверсный выход соединен с R-входами делител  9 частоты и второго D-триггера 4 и подключен к второму входу элемента И 11, первый вход которого соединен с выходом генератора 10 импульсов, а выход - с тактовыми входами, делител  9 частоты и первого 5 счетчика импульсов, а также с С-входом второго D-триггера 4, D-вход которого подключен к входу логического нул  линейного интерпол тора, а выход  вл етс  выходом

24 меньшего приращени  линейного интерпол тора и соединен с входом третьего формировател  16 импульсов, при этом выход делител  9 частоты через первый формирователь 14 импульсов соединен с тактовым входом второго счетчика 6 импульсов и подключен к выходу 26 большего приращени  линейного интерпол тора, информационна  шина которого соединена соответственно к группой информационных входов буферного регистра 2 констант, выходы которого соединены с группрй информационных входов третьего 7 счетчика импульсов. С-вход которого соединен с С-входом чет5 вертоговсчетчика импульсов, на группу информационных входов которого подаетс  двоичный код числа 100, и подключен к выходу первого элемента ИЛ И 12, первый вход которого соединен с первым входом второго

0 элемента ИЛИ 13 и подключен к входу 20, управл ющему записью линейного интерпол тора , вход 23 коррекции коэффициента делени  которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ 12. третий вход

5 которого через второй формирователь 15 импульсов подключен к выходу четвертого счетчика 8 импульсов и соединен с вторым тактовым входом регистра 1 хранени  коэффициента делени , первый тактовый вход

0 которого подключен к выходу третьего счетчика 7 импульсов, тактовый вход котчзрого соединен с тактовым входом четвертого счетчика 8 импульсов и подключен к первому выходу третьего формировател  16 импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 13, выход которого соединен с С-входом первого счетчика 5 импульсов, выход которого соединен с S-входом второго D-триггера 4,

0 а группа информационных входов соединена соответственно с выходами регистра 1 хранени  коэффициента делени . С-вход которого соединен с С-входами буферного регистра 2 констант и второго счетчика 6

5 импульсов и подключен к входу 20, управл ющему записью линейного интерпол тора. Регистр 1 служит дл  приема и хранени  величины (Р/ m)/n,  вл ющейс  коэффициентом делени  дл  меньшего приращени 

0 (Кдед). где m - большее приращение (БП); п - меньшее приращение (МП); Р - коэффициент делени  делител  частоты, равный дес ти. Таким образом, по первой информационной шкале 17 в регистр 1 записываетс  коэффициент делени , умноженной на 10, т.е. с учетом первого знака.

По второй информационной шкале 18 во второй счетчик 6, работающий на вычитание , записываетс  большее приращение М, определ ющее длительность интервала интерпол ции . По третьей информационной шине 19 в регистр 2 записываетс  число 100-ОСТ, где ОСТ - остаток от делени  большего приращени  на меньшее с точностью до третьего знака, но без первого знака , который учитываетс  в Кдел.

Например, , , тогда отношение БП/МП 4.348, отсюда , 100-0СТ 52. Запись в регистры 1 и 2, счетчик 6 и первоначальна  запись в счетчик 5 содержимого регистра 1, в счетчик

7содержимого регистра 2 и в счетчик 8 числа 100 осуществл ютс  нулевым уровнем импульса, поступающего на вход 20 интерпол тора , причем дл  счетчика 5 этот импульс поступает через первый вход второго элемента ИЛИ 13, а дл  счетчиков 7 и

8- через первый вход первого элемента ИЛИ 12.

Управл ющий вход 23 интерпол тора Кдел Ц позвол ет отключить коррекцию Кдел в случае, если Кдел есть целое число, т.е. . Поэтому если на выходе 23 имеетс  уровень логического нул , то счетчики 7 и 8 не измен ют своего состо ни  с приходом .тактовых импульсов с первого выхода третьего формировател  16 импульса, следовательно , на выходах счетчиков 7 и 8 сохран етс  уровень логической единицы и состо ние регистра 1 не измен етс . Первый D-триггер 3 устанавливаетс  в единичное состо ние по пр мому выходу через вход 21 HY (формирователь импульса установки в начальное состо ние по включению питани  не показан) и по сигналу с выхода счетчика 6. Такое состо ние D-триггера 3 блокирует работу интерпол тора, так как с его инверсного выхода сигнал логического нул  сбрасывает делитель 9 частоты и второй D-триггер 4 и блокирует поступление импульсов с генератора 10 через элемент И 11 на тактовые входы счетчика 5, делител  9 частоты и D-триггера 4.

Вход 22 Пуск переустанавливает Dтриггер 3, пр мой выход которого  вл етс  вторым выходом 25 интерпол тора Останов , по состо нию которого можно судить о конце процесса интерпол ции. Делитель 9 частоты имеет коэффициент делени , равный 10, и импульсы с его выхода через первый формирователь 14 импульса поступают ма счетный вход счетчика 6 и на третий выход 26 интерпол тора, на котором присутствуют ,импульсы дл  координаты большего приращени .

На первый выход 24 интерпол тора импульсы дл  координаты меньшего приращени  формируютс  на D-триггере 4 двум  сигналами: сигналом с выхода счетчика 5 D-триггер 4 устанавливаетс  в состо ние логической единицы, а по сигналу с выхода элемента И 11 - в состо ние логического нул .

Все элементы интерпол тора могут

быть реализованы на микросхемах серии К555, третий формирователь 16 импульса имеет два выхода, причем импульс на втором его выходе по вл етс  после того, как пройдет некоторое врем  после окончани 

импульса на его первом выходе. Такой формирователь может быть реализован на цепочке одновибраторов, собранных на микросхемах К555АГЗ, или на триггерах с соответствующей временной растактовкой,

или другими известными способами.

Интерпол тор работает следующим образом .

При включении питани  на входе 21 по вл етс  импульс начальной установки (фиг.

26), который устанавливает интерпол тор в исходное состо ние, т.е. на выходе Останов присутствует уровень логической единицы (фиг. 2в), делитель 9 частоты и D-триггер 4 обнулены и на выходе элемента

И 11 импульсы с генератора отсутствуют.

В этом состо нии по сигналу нулевого уровн  на входе 20 в интерпол тор записываетс  исходна  информаци  о векторе: в регистр 1 и далее в счетчик 5 Кдел, в регистр

2 и далее в счетчик 7 100-ОСТ, в счетчик 6 большее приращение m и в счетчик 8 всегда двоичный код числа 100. Предположим, что шагов, шагов, тогда отношение БП/МП 1.364, откуда

,- 100-ОСТ 36.

Таким образом, в регистр 1 и счетчик 5 записан двоичный код числа 13, в регистр 2 и счетчик 7 - двоичный код числа 36, в счетчик 6 - двоичный код числа 300, в счетчик 8

-двоичный код числа 100.

С по влением импульса на входе Пуск (фиг. 2г) D-триггер 3 перебрасываетс  и своим инверсным выходом разблокирует элемент И 11, на выходе которого по вл ютс 

импульсы с генератора 10 (фиг. 2а), поступающие на С-вход делител  9 частоты, на выходе которого после п того входного импульса по вл етс  перепад, а после дес того - срез (фиг. 2а, д). По срезу формирователь 14 формирует импульс длительностью тГр, который поступает на счетный вход счетчика 6, уменьша  его состо ние на единицу, и т.д. Таким образом, после формировател  14 на выходе большего приращени  имеетс  последовательность импульсов с периодом TO и длительностью импульса, равной Го(фиг. 2е).

Одновременно импульсы с выхода элемента И 11 поступают на счетный вход счетчика 5 и С-вход D-триггера 4. На выходе D-триггера 4 подтверждаетс  нулевой логический уровень/а счетчик 5 уменьшает свое состо ние с каждым импульсом с генератора . Так как в него был записан двоичный код числа 13. то по срезу тринадцатого тактового импульса на выходе счетчика 5 по вл етс  сигнал нулевого логического уровн  (фиг. За, 6), который устанавливает D-триггер 4 в единичное состо ние (фиг. Зв). С по влением перепада четырнадцатого импульса с генератора 10 импульсов D-триггер 4 сбрасываетс  и т.д. Таким образом, на выходе меньшего приращени  интерпол тора формируетс  последовательность импульсове периодом То и длительностью Го (фиг. 2ж. д).

По переднему фронту импульса на выходе меньшего приращени  интерпол тора формирователь 16 импульса формирует на своих выходах два импульса одинаковой длительности, расставленных один относительно другого на врем , равное Го /2 (фиг. Зг-eJ. Импульс с первого выхода формировател  16 поступает на счетные входы счетчиков 7 и 8. одновременно уменьша  их содержимое на единицу, а импульс с второго выхода формировател  14 через второй вход злемента ИЛИ 13 поступает на С-вход счетчика 5. по которому в счетчик вновь записываетс  содержимое регистра 1 (в данном случае двоичный код числа 13) и т.д. Это продолжаетс  до тех пор. пока на счетчик 7 не поступит 36 импульсов с первого выхода формировател  16. тогда на выходе счетчика 7 формируетс  импульс, который поступает на первый счетный вход регистра 1 и увеличивает его содержимое на единицу (фиг. Зж). т.е. значение Кдел, записанное в регистре 1 в данном случае становитс  равным 14. Содержимое счетчика 8 в момент по влени  импульса на выходе счетчика 7 равно 64, так как счетчики 7 и 8 работают одновременно и в счетчик 8 первоначально записан двоичный код числа 100.

Процесс интерпол ции продолжаетс  аналогично, только период Та последовательности импульсов на выходе меньшего приращени  равен 14 То. Так продолжаетс  до тех пор, пока счетчик 8 не сосчитает 64 импульса с первого выхода формировател  14. В этот момент на выходе счетчика 8 по вл етс  импульс, который поступает на второй счетный вход регистра 1, уменьша  его содержимое на единицу. Содержимое регистра 1 вновь становитс  равным 13. В свою очередь, по срезу импульса с выхода счетчика 8 срабатывает формирователь 15, выходной сигнал которого поступает на третий вход злемента ИЛИ 12 и далее на С-входы счетчиков 7 и 8, устанавлива  их в первоначальное состо ние, т.е. содержимое счетчика 7 равно 36, а содержимое счетчика 8 равно 100 (фиг. За, и) и т.д. Таким образом, цикл интерпол ции равен ста шагам по координате меньшего приращени , при этом путь Si (фиг. 4) пройден с , а путь $2 -с . Окончание работы интерпол тора происходит в момент времени, когда счетчик 6 досчитает до нул , при этом сигнал с его выхода устанавливает D-триггер 3 в 1 и интерпол тор переходит в исходное состо ние . После загрузки данных о следующем векторе процесс интерпол ции происходит аналогично. Если на входе 23 интерпол тора Кдел присутствует уровень логического нул , т.е. , то счетчики 7 и 8 блокированы сигналом с выхода элемента ИЛИ 12 и коррекции коэффициента делени  не происходит. Оценим погрешность интерпол ции исход  из услови , что обычно шаг в графопостроител х равен 0.025 мм. Если шаг по координатам равен 25 мкм, то на каждом шаге по координате меньшего приращени  при дл  данного примера погрешность равна 0,025 мкмх64. Таких шагов на участке Si 36. поэтому в конечной точке первого участка погрешность составл ет величину 0,025x64x36 57,6 мкм. При погрешность на каждом шаге равна 0,025 мкмхЗб, а всего таких шагов 64, поэтому погрешность в конце участка S2 равна 0,025x36x64 57,6 мкм, но на этом частке погрешность имеет обратный знаю, так как на участке Si наклон траектории больше исходной пр мой, а на участке S2 меньше, и в конце цикла интерпол ции погрешность равна нулю. Но на самом деле окончание процесса интерпол ции может произойти в любой точке на участке Si+Sa в зависимости от координаты большего приращени , поэтому кака -то Погрешность всегда присутствует , В наихудшем случае, когда , Х50, т.е. пути Si и S2 одинаковы и окончание процесса интерпол ции (т.е. окончание перемещени ) происходит в конце пути Si, погрешность составл ет величину 0,025x50x50 62,5 мкм, но дл  графопостроителей эта величина очень мала, так как обычно погрешность задаетс  на пор док больше.

Таким образом, точность предлагаемого устройства по сравнению с известным выше, так как погрешность выхода в заданную точку не зависит от длины вектора при посто нном коэффициенте делени  делител  частоты, равном дес ти, и не превышает величины, равной 62,5 мкм. т.е, предлагаемое устройство можно использовать в графопостроител х любого формата.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой линейный интерпол тор, содержащий регистр хранени  коэффициента делени  и буферный регистр констант, первый и второй счетчики импульсов, делитель частоты, первый О-триггер, генератор импульсов , выход которого соединен с первым входом элемента И, группа информационных входов регистра хранени  коэффициента делени  соединена с первой информационной шиной линейного интерпол тора , а разр дные выходы - с группой информационных входов первого счетчика импульсов, тактовый вход которого соединен с тактовым входом делител  частоты и с выходом элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого Dтриггера , D-вход которого соединен с входом логической единицы линейного интерпол тора, управл ющий записью вход которого соединен с С-входами регистра хранени  коэффициента делени  и буферного регистра констант, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности в работе при исключении зависимости погрешности выхода в заданную точку от длины вектора при выбранном коэффициенте делени  делител  частоты, введены т эетий и четвертый счетчики импульсов, второй Dтриггер , два элемента ИЛИ. три формировател  импульсов, выход делител  частоты через первый формирователь импульсов соединен с выходом большего приращени  линейного интерпол тора и с тактовым входом второго счетчика импульсов, группа информационных входов которого подключена к второй информационной шине линейного интерпол тора, а С-вход соединен с управл ющим записью входом линейного интерпол тора и с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, а выход

   второго счетчика импульсов соединен с Sвходом первого D-триггера, пр мой выход которого  вл етс  выходом Останов линейного интерпол тора, управл ющий вход

   HY которого соединен с С-входом первого D-триггера, инверсный выход которого соединен с R-вхОдами второго D-триггера и делител  частоты, а R-вход - с управл ющим входом Пуск линейного интерпол тора.

   управл ющий вход Коррекци  коэффициента делени  которого соединен с вторым входом первого элемента ИДИ, третий вход которого через второй формирователь импульсов подключен к ВЫХОДУ четвертого

   счетчика импульсов и второму тактовому входу регистра хранени  коэффициента делени , первый тактовый вход которого подключен к выходу третьего счетчика импульсов, группа информационных входов

   которого соединена соответственно с выходами буферного регистра констант, а тактовый вход третьего счетчика импульсов соединен с тактовым входом четвертого счетчика импульсов и с первым выходом

   третьего формировател  импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с С-входом первого счетчика импульсов , выход которого соединен с S-входом

   второго D-триггера, D-вход которого подключен к входу логического нул  линейного интерпол тора, С-вход соединен с выходом элемента И. а выход - с входом третьего формировател  импульсов и с выходом

   меньшего приращени  линейного интерпол тора , треть  информационна  шина которого соединена с группой информационных входов буферного регистра констант, на группу информационных входов четвертого

   счетчика импульсов подаетс  двоичный код числа 100, а С-вход четвертого счетчика импульсов соединен с С-входом третьего счетчика импульсов и с выходом первого элемента ИЛИ.

   Фиг.

   Фиг. 2

   Фиг.З