функциональная структура цифроаналогового преобразования позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ±m&[1,2mi]f(2n) формата "дополнительный код ru" в аналоговый сигнал управления ±ukf([1,2mi]) (вариант русской логики)

Формула изобретения

Функциональная структура цифроаналогового преобразования позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ^±[ ^1,2m_i]f(2ⁿ) формата «Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ^±U_kf(^± [^1,2m_i]), включающая функциональную структуру цифроаналогового преобразователя f₁(ЦАП)



где ^±m - аргумент знакового разряда; [¹m_i ] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 1»; & ₁ - логическая функция f₁(& )-НЕ; I_kf(m_±&[ ¹m_i]) - результирующий аргумент тока;

функциональную структуру операционного усилителя f₁(ОУ)



где f₁(R_ос) - резисторная функция обратной связи; U₀ - аргумент условно нулевого напряжения; U_оп - аргумент опорного напряжения, f₁(R_ос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи; f₂(R) - функциональная структура резисторной функции выходной функциональной связи; и

функциональную структуру операционного усилителя f ₂(ОУ)



где f₂(R_ос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи;

при этом функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида



отличающаяся тем, что введена функциональная дополнительная структура f₂(ЦАП)



где [²m_i] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 2»,

а функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления в совокупности с арифметическими устройствами, которые реализуют различные арифметические процедуры над аргументами аналоговых сигналов ^±m&[^1,2m _i]f(2ⁿ) формата «Дополнительный код RU» и формируют посредством функциональной структуры цифроаналогового преобразователя f₁(ЦАП) аналоговый сигнал управления ^±U_kf([ ^1,2m_i]).

Известна функциональная структура преобразования позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ^±[m _i]f(-1/+1,0, +1) формата «Дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ^±U_kf([ m_i]) (см. У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М. «Мир», 1982 г. С. 451, рис. 24.14), в которой если ввести аналитическую запись функциональных структур:

где (=) - функциональная цифровая связь позиционных аргументов; ( ) - функциональная аналоговая связь аналоговых аргументов напряжения и энергетического тока; ( ) и ( ) - функциональная прерванная связь;

то математическую модель логико-динамического процесса преобразования позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ^±[m_i]f(-1/+1,0, +1) «дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ^±U_kf([m _i]) можно записать в виде аналитического выражения вида

При этом логико-динамический процесс преобразование позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ^±[m_i]f(-1/+1,0, +1) «дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ^±U_kf([m _i]) может быть записан в виде графоаналитического выражения вида

И результирующий аргумент «аналогового» сигнала ^±U_kf([m _i]) формирует функциональная структура f₂(ОУ) из векторной суммы входного аргумента I_kf(m_±&[ ¹m_i]) функциональной структуры f ₁(ЦАП) и входного аргумента I_nf(U _оп) функциональной структуры f₁(ОУ) операционного усилителя. При этом величина входного аргумента I _nf(U_оп) функциональной структуры f ₁(ОУ) должна быть эквивалентна информационному содержанию знакового аргумента m_±, который в системе функциональной структуры f₁(ЦАП) для условно отрицательных аргументов [m_i] не активный, а для положительных аргументов [m_i] активизирует логическая функция f₁(&)-НЕ, что и приводит к компенсации величины входного аргумента I_n f(U_оп) функциональной структуры f₁ (ОУ). В результате динамический диапазон изменения аргумента результирующего «аналогового» сигнала ^± U_kf([m_i]) функциональной структуры f₂(ОУ) существенно ограничен на величину старшего разряда функциональной структуры f₁(ЦАП) (прототип).

Известный прототип имеет технические возможности, которые заключаются в том, что реализуют процедуру преобразования позиционно-знаковой структуры аргументов ^±[m_i]f(-1/+1,0, +1) «Дополнительный код» в аналоговый сигнал управления ^±U_kf([m _i]).

Недостатком известного технического решения является ограничение функциональных возможностей, поскольку не может быть преобразована структура аргументов аналоговых сигналов ^±[^1,2m_i ]f(2ⁿ) формата «Дополнительный код RU » в аналоговый сигнал управления ^±U _kf([^1,2m_i]). При этом следует отметить, что структура аргументов аналоговых сигналов ^±[^1,2m_i]f(2 ⁿ) формата «Дополнительный код RU» позволяет все арифметические преобразования выполнять без выполнения сквозных переносов, что приводит к существенному сокращению технологического цикла t_S их выполнения.

Техническим результатом предложенного изобретения является расширение функциональных возможностей функциональной структуры цифроаналогового преобразователя f₁(ЦАП).

Указанный технический результат достигается следующей функциональной структурой.

Функциональная структура цифроаналогового преобразования позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ^±[^1,2 m_i]f(2ⁿ) формата «Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ^±U_kf(^±[^1,2 m_i,включающая функциональную структуру цифроаналогового преобразователя f₁(ЦАП)

где ^±m - аргумент знакового разряда; [¹m _i] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 1»; & ₁ - логическая функция f₁(& )-НЕ; I_kf(m_± &[¹m_i]) - результирующих аргумент тока;

функциональную структуру операционного усилителя f₁(ОУ)

где f₁(R_ос) - резисторная функция обратной связи; U₀ - аргумент условно нулевого напряжения; U_оп - аргумент опорного напряжения, f₁(R_ос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи; f₂(R) - функциональная структура резисторной функции выходной функциональной связи;

и функциональную структуру операционного усилителя f₂(ОУ)

где f₂(R_ос) - функциональная структура резисторной функции обратной связи;

при этом функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида

при этом введена функциональная дополнительная структура f₂(ЦАП)

[²m_i] - входная информационная структура аргументов «Дополнительного кода RU» «Уровня 2»,

а функциональные связи выполнены в соответствии с математической моделью вида

Принципы формирования математических моделей с «аналоговой» формой информации, в основе которых лежит функциональная структура f(ОУ) операционного усилителя. Разработанные схемные технические решения функциональных структур для преобразования аргументов с «аналоговой» формой информации не относятся к категории аналитической формы записи конкретных логико-динамических процессов. А на их основе также могут быть выполнены не только различные «арифметические» преобразования, такие как сложение и умножение аргументов, но и процедуры контроля и управления различными технологическими процессами, которые реализованы не только на техническом уровне, но и на уровне функциональных химических структур. И если для «цифровых» структур аргументов была сформирована аналитическая форма записи различных логических функций и сформированы правила преобразования их функциональных структур, то и для «аналоговых» аргументов также необходимо сформировать аналитическую форму записи функциональных различных структур, в которых основным элементом является функциональная структура операционного усилителя f(ОУ).

Из анализа условного графического обозначения операционного усилителя (ОУ) и его реального содержания следует, что если применить только аналитические символы, то его можно записать в виде аналитического выражения (1)

в котором графическое обозначение записано в виде символа системы (}) с входными и выходной функциональными связями f( ). При этом функциональные входные связи конкретизированы дополнительными символами «+» и «-» и они имеют однозначное смысловое содержание, которое принято при записи в графическом изображении (ОУ). Аналогичный результат может быть получен и для других функциональных структур, а для этого приведем несколько конкретных примеров.

Пример 1. Функциональная структура f(ОУ) с отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (2)

Из сопоставительного анализа аналитического выражения функциональной структуры f(ОУ) с отрицательной обратной связью и графической ее записи следует, что они эквивалентны в смысловом их содержании, поскольку в качестве обратной связи в аналитическом выражении записан результирующий аргумент U_вых с прерванной функциональной связью и тот же аргумент U_вых на условно отрицательной функциональной связи системы функциональной структуры f(ОУ).

Пример 2. Функциональная структура f(ОУ) неинвертирующего сумматора может быть записана в виде графоаналитического выражения (3)

особенностью которой являются дополнительные входные системы положительной (+) и условно отрицательной (-) входной системы функциональной структуры f(ОУ). И эти дополнительные системы функциональной структуры f(ОУ) соответствуют объединению токов резисторных функций.

Пример 3. Функциональная структура f(ОУ) инвертирующего сумматора может быть записана в виде графоаналитического выражения (4)

в котором логика формирования математической модели существенно не отличается от логики формирования математической модели (3)

Пример 4. Первый вариант с последовательными функциональными структурами f(ОУ), который запишем в виде графоаналитического выражения (5)

Пример 5. Второй вариант с последовательными функциональными структурами f(ОУ), который запишем в виде графоаналитического выражения (6)

Пример 6. Первый вариант функциональной структуры f(ОУ) с коммутируемой отрицательной обратной связью, который запишем в виде графоаналитического выражения (7)

Пример 7. Второй вариант функциональной структуры f(ОУ) с коммутируемой отрицательной обратной связью, который запишем в виде графоаналитического выражения (8)

Пример 8. Парный вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (9)

Пример 9. Второй вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (10)

Пример 10. Третий вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде графоаналитического выражения (11)

Пример 11. Четвертый вариант функциональной структуры f(ОУ) с регулируемой отрицательной обратной связью, которую запишем в виде аналитического выражения (12)

Из анализа аналитических выражений (2)-(12) следует, что, с одной стороны, они полностью соответствуют их графическим аналогам, с другой стороны, могут быть использованы для записи математических моделей различных технологических процессов преобразования с различной «формой информации» аргументов. И в качестве такого примера синтезируем математическую модель цифроаналогового преобразователя, посредством которого может быть реализован процесс преобразования структуры аргументов аналоговых сигналов ^±[^1,2m_i ]f(2ⁿ) формата«Дополнительный код RU » в аналоговый сигнал управления ^±U _kf([^1,2m_i]). При этом следует отметить, что структура аргументов аналоговых сигналов ^±[^1,2n_i]f(2 ⁿ) формата «Дополнительный код RU» позволяет все арифметические преобразования аргументов реализовывать без выполнения сквозных переносов f (^{+ +}), что приводит к существенному сокращению технологического цикла t_S их выполнения.

Если записать структуру аргументов ^±[m _j]f(2ⁿ) - «Дополнительный код» в виде выражения (13)

то она может быть отнесена к одному из вариантов структур аргументов троичной системы счисления f(+1,0,-1), которые в аналитической форме могут быть записаны в виде выражения (14)

где (^1,2) - индекс, соответствующий тому, что каждый условно «j» разряд в структуре аргументов ^±[^1,2m_j]f(2 ⁿ) формата «Дополнительный код RU» включает аргумент «Уровня 1» и может включать аргумент «Уровня 2». Для формирования смыслового содержания структуры аргументов ^±[^1,2m_j]f(2 ⁿ) - «Дополнительный код RU» приведем несколько примеров структур аргументов «Дополнительный код RU» и логико-динамический процесс перехода к структуре аргументов «Дополнительный код».

Пример 1. Логико-динамический процесс перехода от структуры положительных аргументов ^±[^1,2 m_j]f(2ⁿ) «0111111(^1,21)» - «Дополнительный код RU» к структуре аргументов ^±[ m_j]f(2ⁿ) «10000000» - «Дополнительный код»

Из анализа графоаналитического выражения (15) следует, что данная конкретная реализация структуры аргументов ^±[^1,2m_j ]f(2ⁿ) - «Дополнительный код RU» может быть преобразована в структуру аргументов ^± [m_j]f(2ⁿ) - «Дополнительный код» посредством процедуры логического дифференцирования d/dn «Уровня 1». А в результате такого преобразования структуры аргументов ^±[^1,2m _j]f(2ⁿ) формируется условно отрицательный аргумент локального переноса f(⁺ _-)_d/dn процедуры логического дифференцирования d/dn f₁(⁺ _-)_d/dn, который в условно «j» ₁ разряде с положительным аргументом второго уровня формирует активный логический ноль «+1/-1» «±0», а в в условно «j»₂ разряде положительный аргумент локального переноса f(^{+ +})_d/dn формирует результирующий аргумент, соответствующий аргументу в структуре ^± [m_j]f(2ⁿ) - «Дополнительный код». При этом следует отметить, что функциональные структуры процедуры логического дифференцирования d/dn f(⁺ _-)_d/dn реализуют с применением арифметической аксиомы «+1» «+2»«-1» троичной системы счисления f(+1,0,-1), а в ней они минимизированы до трех возможных вариантов прямых и обратных аксиом, которые запишем в виде выражения (16).

И если выполнить преобразование аргумента в соответствии с арифметической аксиомой «+1» «+2»«-1», то может быть записано графоаналитическое выражение (17)

где	- логическая функция f1(&)-И; = &1= - логическая функция f 1(&)-НЕ;

в котором логические функции f₁(&)-И и f₂(&)-И реализуют локальную процедуру анализа только двух последовательных аргументов. В результате для условно «j» разряда аналитическое выражение (17) запишем в виде функциональной структуры (18)

посредством которой и реализуется процедура логического дифференцирования d/dn f₁(⁺ _-)_d/dn аргументов в соответствии с графоаналитическим выражением (19)

Возвращаясь к анализу структуры аргументов ^±[^1,2m_j ]f(2ⁿ) - «Дополнительный код RU», следует отметить, что ее структура аргументов многовариантна конкретного информационного содержания, поскольку если сформировать графоаналитические выражения (18)-(20)

то «Многовариантность» формирует сквозной нереализованный перенос f(^{+ +}).

Пример 2. Логико-динамический процесс перехода от структуры положительных аргументов ^±[^1,2m_j]f(2ⁿ ) «01111(₁ ²1)11» - «Дополнительный код RU » к структуре аргументов ^±[m _j]f(2ⁿ) «10000011» - «Дополнительный код»

Из анализа графоаналитического выражения (21) следует, что если учесть, что процедура логического дифференцирования d/dn f(⁺ _-)_d/dn является арифметически корректной процедурой сквозного переноса f(^{+ +}), поскольку f(^{+ +})_d/dn f(^{+ +}), то переход структуры аргументов ^± [^1,2m_j]f(2ⁿ) - «Дополнительный код RU» к структуре аргументов ^± [m_j]f(2ⁿ) - «Дополнительный код» выполняется путем реализации сквозного переноса. А его реализация при формировании результирующей суммы в сумматоре f₁( ) и умножителе f ( ) не целесообразна, поскольку быстродействие их при формировании результирующей суммы в «Дополнительном коде» определяется технологическим циклом t_S сквозного переноса f (^{+ +}). Поэтому все арифметические преобразования целесообразно выполнять с применением неминимизированных структур аргументов ^±[^1,2m_j ]f(2ⁿ) - «Дополнительный код RU», которая также является структурой аргументов троичной системы счисления f(+1,0,-1).

Пример 3. Логико-динамический процесс преобразования аргументов слагаемых ^± [^1,2m_i] «+»«10000000» и ^± [^1,2m_j] «+»«11100000» в сумматоре f_CD ( ) с формированием результирующей суммы ^± [^1,2S_k] в формате «Дополнительного кода RU»

Пример 4. Логико-динамический процесс преобразования аргументов слагаемых ^± [^1,2m_i] «+1»«01000000» и ^± [^1,2m_j] «+»«11100000» в сумматоре f_CD ( ) с формированием результирующей суммы ^± [^1,2S_k] в формате «Дополнительного кода RU»

Из анализа графоаналитических выражений (22) и (23) следует, что структура аргументов слагаемых ^±[^1,2m_i] и ^± [^1,2m_j] «Уровня 2» может включать любую последовательность активных аргументов и эта последовательность аргументов в результате реализации процедуры логического дифференцирования d/dn f(⁺ _-)_d/dn может быть минимизирована до структуры аргументов результирующей суммы ^± [^1,2S_k] формата «Дополнительный код RU».

Пример 5. Логико-динамический процесс преобразования аргументов слагаемых ^± [^1,2m_i] «+1»«01111110» и ^± [^1,2m_j] «+1»«00111110» в сумматоре f_CD ( ) с формированием результирующей суммы ^± [^1,2S_k] в формате «Дополнительного кода RU»

Из анализа графоаналитического выражения (24) следует, что результирующая сумма ^± [^1,2S_k] сформирована в результате двух последовательных процедур логического дифференцирования d₁/dn f(⁺ _-)_d/dn и d₂/dn f(⁺ _-)_d/dn. При этом первая процедура логического дифференцирования d₁/dn f(⁺ _-)_d/dn выполняется только в «Уровне 2» структур аргументов ^±[^1,2 S_k]₁ и ^±[^1,2 S_k]₂, которые сформированы в результате объединения аргументов слагаемых ^±[¹ m_i] и ^±[¹m _j] «Уровня 1» и аргументов слагаемых ^±[²m_i] и ^± [²m_j] «Уровня 2». А вторая процедура логического дифференцирования d₂/dn f(⁺ _-)_d/dn выполняется после объединения скорректированных структур аргументов ^±[ ^1,2S_k]₁ и ^± [^1,2S_k]₂, в результате результирующая сумма ^±[^1,2S _k] может быть сформирована в формате «Дополнительный код RU». А если учесть, что процедуры логического дифференцирования d₁/dn f(⁺ _-)_d/dn и d₂/dn f(⁺ _-)_d/dn, по существу, реализуют сквозной перенос f_1,2(^{+ +})_d/dn и он реализуется в результате локального анализа активных аргументов в «Уровне 2», то технологический цикл t_S при формировании результирующей суммы ^±[^1,2S_k] в формате «Дополнительного кода RU» является максимально минимизированной процедурой. При этом следует отметить, что двойная процедура логического дифференцирования d₁ /dn f(⁺ _-)_d/dn и d₂/dn f(⁺ _-)_d/dn позволяет сформировать функциональную структуру сумматора f_CD( ) неограниченной разрядностью с минимальным технологическим циклом t_S.

Поскольку любая результирующая структура аргументов может быть использована в системах управления, где информационное содержание позиционно-знаковых структур аргументов аналоговых сигналов ^±[ ^1,2m_i]f(2ⁿ) формата «Дополнительный код RU» преобразуют в аналоговый сигнал управления ^±U_kf( ^±[^1,2m_i]) с тем же информационным содержанием, поэтому сформируем графоаналитическое выражение (25)

в котором функциональная структура f₁(ЦАП) осуществляет преобразование позиционно-знаковой структуры аргументов ^±[¹m _i] «Уровня 1», а введенная функциональная дополнительная структура f₂(ЦАП) осуществляет преобразование позиционно-знаковой структуры аргументов ^±[²m _i] «Уровня 2» в энергетический аргумент тока I_kf(m_±&[ ^1,2m_i]) , который поступает на инвертирующую функциональную связь (-) функциональной структуры операционного усилителя f₂ (ОУ), в котором активизируется аналоговый сигнал управления ^±U_kf(^±[ ^1,2m_i]) с информационным содержанием позиционно-знаковой структуры аргументов аналоговых сигналов ^±[^1,2m_i]f(2 ⁿ) формата«Дополнительный код RU».

Использование предложенного технического решения позволяет реализовать процедуру преобразования структуры аргументов аналоговых сигналов ^±[^1,2 m_i]f(2ⁿ) формата«Дополнительный код RU» в аналоговый сигнал управления ^± U_kf(^±[^1,2m _i]).