фундаментальный симметричный модуль

Формула изобретения

Фундаментальный симметричный модуль, содержащий два компаратора и n размыкающих ключей, у которых выход каждого предыдущего размыкающего ключа соединен с входом последующего размыкающего ключа, отличающийся тем, что в него введены операционный усилитель, логический элемент И и n+1 резисторов, причем i-й резистор подсоединен между входом и выходом i-го размыкающего ключа, а (n+1)-й резистор - между входом первого размыкающего ключа и шиной нулевого потенциала, выход первого и выход второго компараторов подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И, подсоединенного выходом к выходу фундаментального симметричного модуля, i-й информационный и первый, второй, третий настроечные входы которого образованы соответственно управляющим входом i-го размыкающего ключа и инвертирующим входом первого, неинвертирующим входом второго компараторов, неинвертирующим входом операционного усилителя, подсоединенного инвертирующим входом и выходом соответственно к входу первого размыкающего ключа и объединенным выходу n-го размыкающего ключа, неинвертирующему входу первого, инвертирующему входу второго компараторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.

Известны фундаментальные симметричные модули (см., например, свидетельство РФ 21679, кл. G 06 G 7/25, 2002 г.), которые могут быть использованы для вычисления фундаментальной симметричной булевой функции , зависящей от n аргументов - входных двоичных сигналов х₁,...,х_n {0,l}. Здесь m=n есть заданное -число (индекс) функции . Как известно, только тогда, когда точно m ее аргументов равны 1, а остальные ее аргументы равны 0.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных фундаментальных симметричных модулей, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не выполняется вычисление функции , где m{0,...,n-1}.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип фундаментальный симметричный модуль (свидетельство РФ 20593, кл. G 06 G 7/25, 2001 г.), который содержит два компаратора и n размыкающих ключей и может быть использован для вычисления фундаментальной симметричной булевой функции индекса m=n, зависящей от n аргументов - входных двоичных сигналов х₁,...,х_n {0,1}.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не выполняется вычисление функции S, где m{0,...,n-1}.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения вычисления фундаментальной симметричной булевой функции S, где m{0,...,n}.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в фундаментальном симметричном модуле, содержащем два компаратора и n размыкающих ключей, у которых выход каждого предыдущего размыкающего ключа соединен с входом последующего размыкающего ключа, особенность заключается в том, что в него введены операционный усилитель, логический элемент И и n+1 резисторов, причем i-й резистор подсоединен между входом и выходом i-го размыкающего ключа, а (n+1)-ый резистор - между входом первого размыкающего ключа и шиной нулевого потенциала, выход первого и выход второго компараторов подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И, подсоединенного выходом к выходу фундаментального симметричного модуля, i-й информационный и первый, второй, третий настроечные входы которого образованы соответственно управляющим входом i-го размыкающего ключа и инвертирующим входом первого, неинвертирующим входом второго компараторов, неинвертирующим входом операционного усилителя, подсоединенного инвертирующим входом и выходом соответственно к входу первого размыкающего ключа и объединенным выходу n-го размыкающего ключа, неинвертирующему входу первого, инвертирующему входу второго компараторов.

На чертеже представлена схема предлагаемого фундаментального симметричного модуля.

Фундаментальный симметричный модуль содержит размыкающие ключи 1₁,...,1_n, резисторы 2₁,...,2_n+1, операционный усилитель 3, компараторы 4₁ и 4₂, логический элемент И 5, причем резистор подсоединен между входом и выходом ключа 1_i, а резистор 2_n+1 - между входом ключа 1₁ и шиной нулевого потенциала, выход каждого предыдущего ключа соединен с входом последующего ключа, а выходы компараторов 4₁ и 4₂ подсоединены соответственно к первому и второму входам элемента 5, подключенного выходом к выходу фундаментального симметричного модуля, i-й информационный и первый, второй, третий настроечные входы которого образованы соответственно управляющим входом ключа 1_i и инвертирующим входом компаратора 4₁, неинвертирующим входом компаратора 4₂, неинвертирующим входом усилителя 3, подсоединенного инвертирующим входом и выходом соответственно к входу ключа ₁ и объединенным выходу ключа 1_n, неинвертирующему входу компаратора 4₁, инвертирующему входу компаратора 4₂.

Работа предлагаемого фундаментального симметричного модуля осуществляется следующим образом. На его первый,..., n-й информационные входы подаются соответственно двоичные сигналы х₁,...,х_n {0,1}; на его первом, втором и третьем настроечных входах фиксируются соответственно необходимые управляющие сигналы (напряжения) у₁, у₂ и у₃. Если х_i=1 либо х_i=0, то ключ 1_i соответственно разомкнут либо замкнут. Таким образом, сигналы на выходах компараторов 4₁ и 4₂ определяются соответственно выражениями

где есть коэффициент усиления неинвентирующего усилителя, образованного операционным усилителем 3 и резисторами 2₁,...,2_n+1, сопротивления которых есть R₁,...,R_n+1 соответственно. Если r₁=...=R_n+1 и у_i=у₃(m_j+0,5), где m_j {0,..., n+1}, j{1,2}, то

Согласно (1), Z₁=1 (Z₂=0) при m₁ <n+l (m₂<n+1) только тогда, когда m₁ (m₂) или больше переменных из x₁,..., x_n равны 1, а остальные переменные равны 0. Если m₁=n +1 (m₂=n +1), то Z₁=const 0 (Z₂=const 1). Таким образом, на выходах компараторов 4₁ и 4₂ при соответствующих уровнях сигналов у₁, у₂ будут вычисляться значения произвольных соответственно простой и инвертированной простой симметричных булевых функций, т.е. . Поскольку сигнал на выходе предлагаемого модуля определяется выражением Z=Z₁ Z₂, получаем Пусть m₁=m, m₂=m+1 (m{0,..., n}), тогда

Правая часть равенства (2) совпадает с правой частью равенства приведенного на стр. 127 в книге Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. М.: Энергия, 1974. Следовательно, при у₁=y₃{m+0,5), у₂=у₃(m+1,5).

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый фундаментальный симметричный модуль обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как обеспечивает вычисление фундаментальной симметричной булевой функции , где m{0,...,n}.