УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИЙ КАЖДАНА Российский патент 2003 года по МПК H03K4/02 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в средствах связи, аудио-, видео- и информационно-измерительной техники для моделирования периодических изменений напряжения сложной формы.

Известно устройство для считывания графической информации [1], содержащее блоки фотоэлектрического преобразования, каждый из которых подключен к выходу соответствующего генератора пилообразного напряжения, блок усиления, блоки фотометров, согласующие элементы, элементы И и ИЛИ, блок задержки, триггеры, переключатели.

Недостатком аналога является низкая точность.

К аналогам предлагаемого технического решения также относится устройство для ввода графической информации [2] , содержащее электронно-оптические блоки, соединенные с фотоэлектрическим преобразователем, генераторы пилообразного напряжения, подключенные к электронно-оптическим блокам, блоки усиления и управляющий блок.

Недостатком этого аналога является сложность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для моделирования изменения мощности нагрузки электроприемников [3], содержащее генераторы прямоугольных импульсов, распределители уровней, триггер, элемент И, сумматоры, выполненные не операционных усилителях со входными резисторами и резисторами обратной связи.

Недостатками прототипа являются сложность и, как следствие, низкая надежность устройства.

Решаемая изобретением техническая задача - повышение надежности устройства за счет упрощения его схемы.

Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в устройство для моделирования изменения мощности нагрузки электроприемников, содержащее генератор прямоугольных импульсов и N-входовой (где N -число ортогональных составляющих генерируемого спектра функций Каждана) сумматор, выход которого соединен с выходным зажимом устройства, дополнительно введены счетчик, N-1 регистров, 2^N-2 переключателей и источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными входами управления сдвигом регистров и тактовым входом счетчика, каждый i-тый (при i = 2...N) выход которого соединен с информационным входом i-того регистра, k=2ⁱ выходов которого через i-тую группу переключателей соединены с i-тым входом сумматора; в первом варианте реализации N-входовой сумматор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом сумматора и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через первый дополнительный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, которая через второй дополнительный резистор соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, который через группу входных резисторов подключен ко входам сумматора; во втором варианте реализации N-входовой сумматор содержит первый операционный усилитель, выход которого через первый резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, который через группу входных резисторов подключен ко входам сумматора, выход первого операционного усилителя через дополнительный входной резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, который через второй резистор обратной связи соединен с выходом второго операционного усилителя, который является выходом сумматора, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены с шиной нулевого потенциала.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются введение счетчика, регистров, переключателей и источника опорного напряжения, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивает достижение положительного эффекта - повышение надежности устройства за счет упрощения его схемы.

На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 и 3 предложены варианты реализации схемы сумматора.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов (ГПИ), выход которого соединен с тактовым входом счетчика 2 и входами управления сдвигом регистров 3-5, сумматор 6, источник 7 опорного напряжения (ИОН), выход которого соединен с первым входом сумматора 6, выходы счетчика 2 соединены с информационными входами соответствующих регистров 3-5, выходы которых через переключатели 8-15 соединены с соответствующими входами сумматора 6, выход которого соединен с выходным зажимом 16 устройства, причем каждый i-тый (при i= 2. ..N), например, выход второго разряда счетчика 2 соединен с информационным входом i-того регистра 4, k=2ⁱ выходов которого через i-тую группу переключателей 10-13 соединены с i-тым входом сумматора 6.

В первом варианте реализации N-входовой сумматор 6 (фиг.2) содержит операционный усилитель (ОУ) 17, выход которого является выходом сумматора 6 и через резистор 18 обратной связи соединен с инвертирующим входом ОУ 17, который через первый дополнительный резистор 19 соединен с шиной нулевого потенциала, которая через второй дополнительный резистор 20 соединена с неинвертирующим входом ОУ 17, который через группу входных резисторов 21-22 подключен ко входам сумматора 6.

Во втором варианте реализации N-входовой сумматор 6 (фиг.3) содержит первый ОУ 23, выход которого через первый резистор 24 обратной связи соединен с инвертирующим входом первого ОУ 23, который через группу входных резисторов 25-26 подключен ко входам сумматора 6, выход первого ОУ 23 через дополнительный входной резистор 27 соединен с инвертирующим входом второго ОУ 28, который через второй резистор 29 обратной связи соединен с выходом второго ОУ 28, который является выходом сумматора 6, неинвертирующие входы первого ОУ 23 и второго ОУ 28 соединены с шиной нулевого потенциала.

При подготовке устройства к работе выбирается частота ГПИ 1, изменяя которую, можно варьировать масштаб по времени воспроизводимого сигнала.

Спектр функций Каждана является производным от спектра функций Радемахера, из которого он получается путем единичных сдвигов базисных составляющих спектра на угол, кратный T/2N (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра; Т - период моделируемого сигнала).

Устройство работает следующим образом.

Импульсы ГПИ 1 поступают на тактовый вход счетчика 2 и входы управления сдвигом регистров 3-5. По заднему фронту импульсов ГПИ 1 счетчик 2 срабатывает и его содержимое монотонно нарастает. Выходы двоичных разрядов счетчика 2 соединены с информационными входами соответствующих регистров 3-5: разряд "1" выхода счетчика 2 соединен с информационным входом регистра 3, разряд "2" - с входом регистра 4 и т.д. По переднему фронту импульсов ГПИ 1 содержимое разрядов "1", "2", "4" выхода счетчика 2 вписывается в младший разряд соответствующего регистра 3-5, а также осуществляется сдвиг содержимого младших разрядов регистров 3-5 в сторону старших разрядов.

На выходе младшего разряда (МР) счетчика 2 формируется N-ная составляющая спектра, на выходе старшего разряда (СР) - вторая составляющая спектра и т.д.

Сигналы прямоугольной формы с выходов регистров 3-5 через включенные переключатели 8-15 поступают на входы N-входового сумматора 6, имеющие различные коэффициенты усиления.

В каждой из групп переключателей 8-9, 10-13, 14-15 включается только один переключатель. Если в первой группе включен переключатель 8, то N-ная ортогональная составляющая, имеющая максимальную частоту (равную 0,5 частоты ГПИ 1), пропускается с выхода регистра 3 на вход сумматора 6 без сдвига; если включен переключатель 9 - то в противофазе. Если во второй группе включен переключатель 10, то (N-1)-я ортогональная составляющая, частота которой равна 0,25 частоты ГПИ 1, пропускается с выхода регистра 4 на вход сумматора 6 без сдвига; если включен переключатель 11, то сдвиг составит 1/4 периода (N-1)-й ортогональной составляющей; если включен переключатель 12, то сдвиг составит 1/2 периода (N-1)-й ортогональной составляющей; если включен переключатель 13, то сдвиг составит 3/4 периода (N-1)-й ортогональной составляющей и т.д.

На выходе сумматора 6 формируется сложный ступенчатый сигнал. Изменяя коэффициенты усиления по различным входам сумматора 6, можно получать на выходе устройства различные ступенчатые сигналы сложной формы.

Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с известными является повышение надежности устройства за счет упрощения его схемы. Устройство реализуется на широко распространенных микросхемах среднего уровня интеграции.

Источники информации
1. Патент США N 2159743, кл. 235-198, 1964.

2. Патент Японии N 48-14129, кл. 97(7) В 62, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР N 903911, кл. G 06 G 7/62, 1982 (прототип).

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в средствах связи, аудио-, видио- и информационно-измерительной техники для моделирования периодических изменений напряжения произвольной формы. Техническим результатом является повышение надежности устройства за счет упрощения его схемы. Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов (1), счетчик (2), регистры (3-5), N-входовой сумматор (6), источник (7) опоpного напряжения (2^N-2) переключатели (8-15), где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра функций Каждана, производных от спектра функций Радемахера, путем единичных сдвигов базисных составляющих спектра на угол, кратный Т/2N, где Т - период моделируемого сигнала, выходной зажим (16). 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для моделирования сигналов сложной формы на основе функций Каждана, содержащее генератор прямоугольных импульсов и N-входовой, где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра функций Каждана, сумматор, выход которого является выходным зажимом устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены счетчик, N-1 регистров, 2^N-2 переключателей и источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными входами управления сдвигом регистров и тактовым входом счетчика, каждый i-й (при i=2, ..., N) выход которого соединен с информационным входом i-го регистра, k=2ⁱ выходов которого через i-ю группу переключателей соединены с i-м входом сумматора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в первом варианте реализации N-входовой сумматор содержит операционный усилитель, выход которого является выходом сумматора и через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, который через первый дополнительный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, которая через второй дополнительный резистор соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, который через группу входных резисторов подключен ко входам сумматора. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во втором варианте реализации N-входовой сумматор содержит первый операционный усилитель, выход которого через первый резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, который через группу входных резисторов подключен ко входам сумматора, выход первого операционного усилителя через дополнительный входной резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, который через второй резистор обратной связи соединен с выходом второго операционного усилителя, который является выходом сумматора, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены с шиной нулевого потенциала.