книги из ГПНТБ / Комаров А.И. Обработка графиков с помощью ЭЦВМ

В настоящем разделе рассматривается цифровой ва­ риант двухкоординатного АПГ со встроенным линейным интерполятором, предназначенный для вывода графиче­ ской информации из ЭЦВМ М-20.

Принцип работы АПГ. Работа АПГ заключается в перемещении головки записи от одной точки графика к другой. Линии, соединяющие две соседние точки графика, прочерчиваются в соответствии с последовательностью подаваемых из ЭЦВМ на входной регистр устройства слов. Последние содержат информацию о величине и знаке этих перемещений, координате z и дополнительную информацию о скорости перемещения.

Связь с М-20 осуществляется через устройство управ­ ления накопителями (УУН), позволяющее использовать для вывода буфер на магнитном барабане. Последова­ тельный выбор информационных слов из буфера и син­ хронизация работы устройств УУН и АПГ осуществляется аналогично выводу на перфоратор. При выводе графиков цепи сигналов «перепись», «начало ПФ» и «конец ПФ» переключаются от перфоратора к АПГ.

Блок-схема АПГ изображена на рис. 11.

По сигналу «перепись» очередное слово переписыва­ ется на тиратронный регистр УУН, который используется в качестве входного регистра АПГ. Одновременно с этим сигнал «перепись» поступает в блок управления и синхро­ низации (БУС). Блок БУС включает генератор импуль­ сов тактовой частоты на время одного цикла. Импульсы с генератора поступают на один из шести входов счет­ чика интерполятора в соответствии с дополнительной ин­ формацией о скорости. Цикл работы АПГ определяется временем заполнения счетчика интерполятора, выходной импульс которого поступает в блок БУС. По этому им­ пульсу выключается генератор импульсов и вырабатыва­ ются сигналы:

31

Сигналы «конец» и «начало» аналогичны сигналам «конец ЯФ» и «начало ПФ» в режиме вывода на перфо­ ратор.

Во время цикла по каждому из каналов X и У с выхо­ да интерполятора на блоки управления шаговыми двига­ телями (БУШД) поступают равномерно распределенные во времени последовательности импульсов. Число импуль­ сов за время цикла равно соответственно величине пере­ мещения АХ иДУ отрабатываемого слова. Информация о

32

знаке перемещений поступает на блоки БУШД с соот­ ветствующих разрядов входного регистра. Блок управ­ ления шаговым двигателем осуществляет преобразование последовательности входных импульсов в сигналы уп­ равления шаговым двигателем типа ШД-4. Угол поворо­ та ротора двигателя преобразуется кинематикой координатного стола в линейное перемещение головки записи.

Таким образом, за время цикла головка записи пере­ местится по прямой из одной точки графика в другую. В зависимости от состояния разряда входного регистра, соответствующего координате г, эта линия будет прочер­ чена или не прочерчена.

Одним из основных блоков АПГ является линейный дискретный интерполятор.

Функциональная схема интерполятора приведена на рис. 12. Интерполятор состоит из двенадцатиразрядного

получим 2 12_к импульсов при дифференцировании пере­ ходов его из состояния «О» в состояние «1». Причем эти импульсы равномерно распределены за время цикла. Импульсы с различных триггеров счетчика при переходе «х из «О» в «1 » не могут совпадать с одним и тем же вход­ ным импульсом, так как счетчик работает на сложение. Это позволяет получить на выходе сборки любое число импульсов, открыв соответствующие вентили. Следует заметить, что если на сборку работает не один разряд, а больше, то последовательность импульсов оказывается не совсем равномерной. Интервал между двумя соседними

33

импульсами может изменяться в два раза. Для усредне­ ния импульсов, получаемых на выходе сборки, применен делитель частоты на четыре, что, в свою очередь, потре­ бовало установки такого же делителя на выходе счетчика интерполятора. Максимальная неравномерность при та­

ком усреднении равна 4/б [12]. Время цикла работы АПГ определяется числом разрядов счетчика интерполятора и частотой генератора импульсов; последняя, в свою оче­ редь, определяется частотой работы шагового двигателя. При ограничении частоты импульсов, подаваемых на ша­ говый двигатель величиной в 600 гц, частота генератора должна быть равна 2,4 кгц.

Время цикла работы при двенадцатиразрядном счет­ чике интерполятора приблизительно должно быть равно

34

7 сек. Максимально возможное перемещение при этом составляет 819,2 мм при цене одного импульса, рав­ ной 0,2 мм. Однако такие перемещения при выводе гра­ фиков чрезвычайно редки. Чаще будут встречаться значи­ тельно меньшие перемещения. Поэтому с целью повыше­ ния быстродействия АПГ целесообразно изменять число разрядов счетчика интерполятора для каждого переме­ щения. Это достигается за счет вывода вместе с основной информацией о величине перемещения дополнительной информации о скорости перемещения. Последняя указы­ вает на тот разряд, куда надо подать импульсы с генера­ тора тактовой частоты. Минимальное число разрядов счетчика интерполятора должно быть равно 7, что соот­ ветствует максимальному перемещению на 25 мм и вре­ мени цикла 0 , 2 сек.

Подготовка графической информации к выводу на АПГ. Информация о графике, получаемая в результате расчетов на ЭЦВМ, чаще всего бывает представлена в виде координат отдельных точек. Подготовка информа­ ции заключается в масштабировании графика, определе­ нии приращений при переходе от одной точки графика к другой и формировании таблицы слов, последовательно выводимых на АПГ.

Подготовка информации к -выводу на АПГ оформлена в виде стандартной программы.

Блок-схема программы изображена на рис. 13. При обращении к ней в оперативную память машины следует внести следующую информацию:

(я конца);

35

е) рабочее поле для запоминания данных о предыду­ щей работе программы и для накопления таблицы слов, выводимых на АПГ (а — начало рабочего поля, N — число накапливаемых слов).

Основным требованием к стандартной программе яв­ ляется исключение возможности накопления ошибок округления. Это достигается за счет определения прира­ щений Ах и Ау по формулам:

где оператор Е означает выделение ближайшего целого (округление).

Дополнительная информация о скорости представлена положением «1 » в одном из шести разрядов, соответст­ вующим старшему разряду счетчика интерполятора. По­ ложение «1 » определяется путем логического сложения двоичных кодов Ах, Ау и константы К = 01008 и выделе­ ния старшего разряда, в котором стоит «1 ».

Программа работает в режиме накопления, при каж­ дом обращении обрабатывает одну точку и допускает обращение в цикле.

Для обеспечения режима накопления при первом обращении формируется рабочее поле и признак повтор­ ного обращения (я повт. обр.). При последующих обра­ щениях признак (я повт. обр.) сохраняется, масштабиро­ ванные и округленные значения координат обрабатывае­

ние к АПГ и происходит вывод накопленных слов.

37

III. УСТРОЙСТВО ВВОДА И ВЫВОДА ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ЭЦВМ ТИПА «УРАЛ»

В последнее время для исследования различных не­ прерывных процессов наряду со специальными устройст­ вами начинают применять универсальные электронные цифровые вычислительные машины. Такие процессы за­ писываются на магнитной пленке, фотобумаге или плен­ ке в виде осциллограмм, или на диаграммной бумаге пос­ редством различных самопишущих приборов. Предвари­ тельная обработка таких записей и занесение отдельных ординат кривой на перфокарты или перфоленты [13], [14] для последующего их ввода в машину довольно трудоем­ ки и утомительны. Поэтому автоматизации ввода кри­ вых, заданных в виде графика, в цифровую вычислитель­ ную машину уделяется большое внимание. Среди отечест­ венных исследований в этой области отметим работы Института автоматики и электрометрии Сибирского отде­ ления Академии наук СССР [9], Института кибернетики АН УССР [10], Вильнюсского завода счетных машин.

Устройства, разработанные в этих организациях, ис­ пользуют принцип развертывающего или следящего пре­

графика в напряжение, которое может быть затем переве­ дено известными методами в цифровой код. В устройст­ вах [14], [15] для снятия ординат кривых используются фотодиоды или фотоэлементы.

Важным фактором, характеризующим степень авто­ матизации обработки графической информации, является доля участия оператора в процессе преобразования коор­ динат графика в цифровой код. В некоторых устройствах автомат выполняет лишь преобразование ординат в циф-

38

'ровой код, а оператор следит за графиком при его дви­ жении в отсчетном приспособлении. Такие полуавтоматы значительно облегчают труд оператора. Применение уст­ ройств, считывающих ординаты автоматически, позволило оставить за оператором только предварительную провер­ ку и правку графика перед вводом.

Автоматическое устройство надежно осуществляет ввод ординат графика в цифровую машину только в том случае, если запись кривой отвечает определенным тре­ бованиям: на графике не должно быть разрывов, толщи­ на линии записи графика должна быть достаточной для надежного срабатывания отсчетного приспособления; кроме того, если автомат работает по принципу следящей системы, то скорость ввода ограничивается крутизной записанного графика. Если в автомате используется принцип развертывающего преобразования, то различные посторонние включения (координатная сетка, черниль­ ные пятна и т. п.) могут при движении развертывающего луча вызвать появление ложного импульса, что приведет к неправильному отсчету ординаты. Большинство графи­ ков на диаграммной бумаге из-за некачественной записи не может быть сразу использовано в считывающем уст­ ройстве преобразователя. Часто при исправлении графи­ ка приходится почти по всей длине корректировать ли­ нию записи. Иногда возникает необходимость сглажива­ ния кривой.

В большинстве случаев затраты времени при предва­ рительной подготовке графика непосредственно на ди­ аграммной бумаге в три-четыре раза меньше времени, необходимого для перевода графика на кальку. Устройст­ ва, работающие на просвет и обрабатывающие графики, записанные на кальке, конструктивно значительно проще устройств, обрабатывающих графики с диаграммной бу­ маги. При вводе графиков с кальки можно обойтись

39

без применения электронно-лучевых трубок, фотоумножи­ телей и сложных оптических систем.

Применение прозрачного носителя в развертывающей системе преобразования позволило упростить и сделать более надежным устройство ввода графика.

§ 1. ВВОД ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Приставка для ввода графиков в машину «Урал-1» разработана в двух вариантах. В первом варианте ввод графика осуществляется с кинопленки, во втором — с кальки шириной 120 мм. Устройство блока считывания импульсов для первого варианта приставки показано на рис. 14. На плате 11 установлен цилиндр 1, в центре которого находится точечная лампа накаливания 2. Про­ тив щели, сделанной вдоль окружности цилиндра 1 , поме­ щена в направляющих 35-миллиметровая перфорирован­ ная пленка 5 с записанным на ней процессом. Пленка может продвигаться вдоль образующей цилиндра 1 пер­ пендикулярно плоскости чертежа. Цилиндр 1 заключен в цилиндре 3, вращающемся на специальном подшипнике. Пленка с кривой проходит сквозь цилиндр 3, распола­ гаясь внутри него. На вращающемся цилиндре размеще­ ны фотодиод ФД-2 в оправке 8, два токосъемных кольца, посредством которых с помощью щеток 7 снимается сиг­ нал с фотодиода, кольцо с рисками, расположенное про­ тив магнитной головки 9, и флажок 6 . Число рисок долж­ но быть достаточным для того, чтобы при прохождении отверстия фотодиода над щелью с магнитной головки снималось количество импульсов, необходимое для вос­ произведения ординаты кривой с требуемой точностью. При вращении цилиндра 3 флажок проходит через щель фотоголовки 4, состоящей из лампы и фотодиода, распо­ ложенных друг против друга. Импульс с фотоголовки

40