Генератор функций Советский патент 1983 года по МПК G06G7/26 

.1057966

аналоговых преобразователей, соеди- , напряжений, а цифровыми входами - с ненных выходами с выходами запоми- выходами цифрового блока памяти, аднакйцего устройства, аналоговыкм входа- ресный вход которого является входом ми - с шинами разнополярных опорные. | запоминающего устройства.

1. ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, содержащий генератор импульсов и первый счетчик, соединенный выходом с входом первого запоминающего устройства, выходы которого подключены к входам установки начальных условий интеграторов nepBotrrpynnH, каждый i-й п , где п - количество интеграторов в группе ) из Которых соединен сигнальным входом с выходом ( hro интегратора первой группы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения функций, в него дополнительно введены второй счетчик, второе запоминащее устройство, вторая группа из п интеграторов, переключатель, делитель частоты, триггер, элемент задержки и элементы И, первый из которых подключен первым входом к шине запуска генератора функций, управляющему входу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И, вторым входом - к первому выходу триггера, управляющему входу переключателя и к первому входу третьего эле мента И, а выходом - к входам управления режимом работы интеграторов пер вой группы, сигнальный вход п -го из которых соединен с соответствующим выходом первого запоминающего устройства, а выход первого интегратора Первой группы подключен к первому ; сигнальному входу переключателя, соединенного выходом с выходной шиной генератора функций, примем выход генератора импульсов подключен через делитель частоты к входу элемента задержки и к счетному входу триггера, соединенного -вторым выходом с вторым входом второго элемента И и с первнм входом четвертого элемента И, подключенного выходом к счетному входу первого счётчика, а вторым входом - к выходу элемента задержки и к второму входу третьего элемента И, соединенного выходом со счетным входом второго рчетчика, подключенного к входу второго запоминающего, устройства, выходы которого соединены соответственно с входами ycтaнoвю начальнш условий интеграторов второй rpynribi и с сигнальным входом п-го интегратора второй группы, причем каждый i-й

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, в частности, для воспро изведения функций времени в моделирующих устройствах.

Известен генератор функций, содержащий блок управления, компараторj нуль-орган, переключатель полярности, счетчик, блок памяти, цифроаналоговые преобразователи, выходной сумматор, интегратор, дополнительный сумматор, источник опорного напряжения С J.

Генератор воспроизводит кусочнолинейную функцию. Недостаток его заключается в негладком характере выход ного напряжения. Кроме того, при генерации длительных функций возрастает погрешность интегратора, что приводит к ухудшению точности всего устройства

1 звестен функциональный генератор для реализации полиномиальных сплайнов, /содержащий кусочно-линейный аппроксиматор, интеграторы, блок сравнения и микропроцессор C2J .

Недостатком генератора является конструктивная сложность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является генератор функций, содержащий генератор импульсовJ1 первый счетчик, соединенный выходом с входом первого запоминакйцего устройства, выходы которого подключены к входам установки начальньк условий интеграторов первой груп.пы, Каждый i- (| i } где пколичество интеграторов в группе из которых соединен сигнальным входом с выходом (i+1 Ьго интегратора первой группы, а сигнальный вход п-го интегратора подключен к выходу операционного усилителя, соединённого входами с выходами ключей ряда групп, подключенных сигнальными входами к , выходам первого запоминающего устройства, а управляющими входами - к соответствующим выходам первого счет чика, соединенного счетным входом с

выходом генератора импульсов, а первым выходом - с входами обнуления инjTerpaTOpOB первой группы. Недостатком генератора функций является пониженная инструментальная -точность воспроизведения функций времени,.

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения функций.

Для достижения цели в генератор функций, содержащий генератор импульсов и первый счетчик, соединенный вых ходом с входом первого запоминающего устройства, выходы которого подключены к входам установки начальных условий интеграторов первой группы, каждый {-Л ( п, где п - количество интеграто(юв в группе )из которых соединен сигнальным входом с выходом (1+1)-ГО; интегратора первой группы, дополнительно введены второй счетчик, второе запоминающее устройство, вторая группа из п интеграторов, переклю чатель, делитель частоты, триггер, элемент задержки и элементы И, первый из которых подключен первым входом к шине запуска генератора функций, управляющему входу генератора импульсов и к первому Е1ХОДУ .второго элемента И, вторым входом - к первому выходу триггера, управляющему входу переключателя и к первому входу третьего элемента И, а выходом - к входам управления режимом работы интеграторов первой группы, сигнальный вход п-го из которых соединен с соответствующим выходом первого запоминающего устройства, а выход первого интегратора первой группы подключен к первому сигнальном входу переключателя, сЬединенного выходом с выходной шиной генератора функций, причем;выход генератора импульсов подключен через делитель частоты к элемента задержки и к счетному входу триггера, соединенного вторым выходом с вторым входом второг элемента И и с первым входом четеертого элемента И, подключенного выходом к сметному входу первого сметчика а вторым входом - к выходу элемента задержки и к второму входу третьего эпемента И, соединенного выходом со счетным входом второго счетчика, под.(лю;ченного.:Выходом к входу второго запоминающегр устройства, выходы которого соединены соответственно с входами установки начальных условий интеграторов второй группы и с сигнальным входом rt -го интегратора второй труппы, причем каждый i -и (1 i п) интегратор второй группы подключен .сигнальным входом к выходу ({+1 )-го интегратора второй группы, выход первого интегратора второй группы соединен с вторым сигнальным входом переклюмateля, а входы управления режимом работы интеграторов второй .группы подключены к выходу второго элемента И. При этим каждое запоминающее устройство содержит цифровой блок памяти и группу из п +1 )-го цифроаналовоговых преобразователей, соединенных выходами с выходами запоминающего устро ства, аналоговыми входами - с шинами разнополярных опорных напряжений, а цифровыми входами - с выходами цифрового блока памяти, адресный вход которого является входом Запоминающего устройства. На чертеже изображена блок-схема генератора функций. Генератор функций содержит генератор 1 импульсов, шину 2 запуска, дели ,тель 3 частоты, триггер , элемент 5 задержки, первый и второй счетчики 6 и 7, первый и второй запоминающие уст ройства В и 9, первую группу 10 интеграторов 11, вторую группу 12 интеграторов 13, переключатель I и эле менты И 15 -18. Первый счетчик 6 соединен выходом с входом первого запоминающего устройства 8, выходы которо го подключены к входам установки начальных условий интеграторов 11 группы 10, каждый i-й (1 ,где пколичество интеграторов в группе ) из которых соединен сигнальным входом с выходом (i+l)-ro интегратора 11 группы 10. Первый элемент И 15 подключен первым входом к шине 2 запуска генератора функций, управляющему вход генератора 1 импульсов и к первому входу второго элемента И 1б, вторым входом - к первому выходу триггера 4, управляющему входу переключателя Ш и 19 66 к первому входу третьего элемента И 17, а выходом - к входам управления режимом работы интеграторов 11 группы 10. Сигнальный ВХОДЦ1.-ГО иэ интеграторов } соединен с соответствующим выходом запоминающего устройства 8, а выход первого интегратора 11 подключен к первому сигнальному входу переключателя 14, соединенного выходом с выходной шиной генератора функций. Выход генера-. тора 1 импульсов подключен через делитель 3 частоты к входу элемента 5 задержкй и к счетному входу триггера i, соединенного вторым выходомс вторым входом элемента И 16 и с/первым входом четвертого элемента И 18. Элемент И 18 подключен выходом к счетному входу счетчика 6, а вторым входом - к выходу элемента 5 задержки и к второму входу элемента И 17, соединенного выходом со счетным входом счетчика 7. Счетчик 7 подключен выХо дом к входу запоминающего устройства, выходы которого соединены соответственно с входами установки начальных условий интеграторо.в 13 второй группы 12 и с сигнальным входом п-го инteГpaтopa 13 группы 12. Ка)|здый i-1 И К п)интегратор 13 группы 12 подключен сигнальным входом к выходу (i+1)-го интегратора 13, выход перво го интегратора 13 соединен с вторым сигнальным входом переключателя , а входы управления режимом работы ин теграторов 13 подключены к выходу элемента И 16. Каждое из запоминающих устройств 8 и 9 содержит цифровой блок 19 памяти и группу из (n+ll-ro цифроаналоговых преобразователей 20, соединенных выходами с выходами запоминающего устройства, аналоговыми входами с шинами разнополярных опорных напряжений ±U0, а цифровыми входами - с выходами блока 19 памяти, адресный вход которого является входом запоминающего устройства. В основу работы генератора функций положена аппроксимация воспроизводимой функции полиномиальным сплайном степени п, который на произвольном j-ом подинтервале аппроксимации длины At имеет вид (-м коэффициенты аппроксимации; - узловое (начальное) зуаче$ния аргумента i на j Ом подинтервале аппроксимации Степень сплайна определяется числом последовательно соединенных интеграторов (на чертеже изображена блок-схема генератора функций для случая воспроизведения кубических сплайнов /. Длина Ai каждого из подинтервалов аппроксимации регулируется изменением коэффициента деления делителя 3 частоты. При.заданных зна чениях коэффициентов «я j ФУНКЦИИ (1 j и единичных коэффициент ах передачи интеграторов 11 и 13 на сигнальные входы перйых интеграторов каждой группыдолжно подаваться напряжение, пропорциональное Ъ - (-) f. , а на входы установки начальных условий интеграторов 7 напряжение,, пропс5рциональное Ъ (-1) i ,где - текущий порядок производной на выходе интегратора относительно функ ции У-. Первая группа 10 интеграторов 11 и запоминающее устройство 8 предназначены для воспроизведения сплайна на всех нечетных подинтервалах аппро ксимации, а узлы 9 и 12 - на четных интервалах аппроксимации. Каждый из интеграторов 11 и 13 имеет два режима функционирования: режим Подготовка и режим Работа, Переход из одного режима в другой вы полняется по управляющим сигналам на выходе элементов И 15 и 16: если двоичная переменная на выходе элемен та И равна О, то реализуется режим Подготовка, в противном случае реализуется режим Работа. В режиме Подготовка входные цепи интеграто Пг.гт1-лтг.о1га Bvnnuuio iionu мите.гг. разрываются и осуществляется заряд интегрирующих емкостей до тех значений напряжений начальных условий, которые устанавливаются на выхо дах запоминающих устройств. В режиме Работа входные цепи интеграторов замыкаются, что фактически означает решение неоднородного дифференциального уравнения ri-го порядка с заданными начальными условиями. Вы$(ОДная шина генератора функций связана с выходом переключателя 1, Логика работы переключателя такова; если двоичный сигнал на егЬ управляющем входе равен 1, то на выход

переключателя коммутируется напря.жение с выхода первого интегратора , группы 10j в противном случае на выпереводит в режим Работа интеграторы 13 второй группы. Поскольку инверсное значение триггера 4 соответ6ход переключателя коммутируется напряжение с выхода первого интегратора группы 12, Непосредственно перед началом формирования заданной функции времени на устройство подается сигнал Начальная установка, который сбрасывает в О триггер k, счетчики 6 и 7, а также разрешает считывание информации из блоков 19 памяти (цепи подачи этого сигнала не показаны). Теперь в счетчиках 6 и 7 будет сформирован -код адреса первой ячейки, который воздействует на адресные входы блоков 19 памяти, В результате этого .происходит считывание информации из первых ячеек блоков 19 памяти 9 на цифровые входы цифроаналоговых преобразователей 20 первого и второго запоминающих устройств 8 и 9. Каждый из преобразователей 2П преобразует код соот ветствущего коэффициента и пропорциональное ему напряжение с требуемым знаком. Поскольку сигнал запуска по шине 2 отсутствует, то на выходах элементов И 15 и 1б формируются нулевые двоичные сигналы, которые переводят в режим Подготовка все интеграторы, интегрирующие емкости которых (не показаны )заряжаются до напряжений начальных условий. При этом на выходной; шине генератора функций появляется на пряжение, пропорциональное (0,), так что переключатель 1 коммутирует на выход напряжение с выхода первого интегратора группы 10. С поступлением по шине 2 сигнала запуска включается генератор 1 импульсов, выходные сигналы которого воздействуют На делитбль 3 чэстоты и триггер 4. Одновременно сигнал запуска формирует 1 на выходе элемента И 15, в результате чего первая группа 10 интеграторов 11 переводится в режим Работа, При этом входные цепи интеграторов замыкаются и образуется аналоговая вычислительная система для , рещения соответствующего.дифференциального уравнения при заданных начальных условиях на первом прдинтерваjifeЧеХО, tj , Спустя время d-i на выходе делителя 3 частоты появляется импульс, который устанавливает в 1 триггер k. Тем самым возникший единичный сигнал с выхода элемента И 16

ствует логическому О, то на выходную шину с выхода первого интегратора группы 12 коммутируется решение соответствующего дифференциального уравнения на втором и подинтервале. Спустя некоторую задержку, которая превосходит длительность установки триггера А, на элемента 5 за,аержки формируе тся и«пЗ(льс, который совместно с единичным сигналом на втором выходе триггера дает 1 на выходе элемента И 18. Этот сигнал воздействует на вход сметчика 6, увеличивая его состояние на единицу. Вследствие этого в счетчике 6 оказывается записанным код адреса второй ячейки. Считанная из этой ячейки информац 1Я используется в режиме Подготовка группы ТО интеграторов, С приходом следуиидего импульса с выхода целителя 3 частоты группа 10 интеграторов переключается в режим Работа, Ь-тия I- I -V I О I 1

а группа 12 интеграторов переводится в режим Подготовка и т.д.

Остановка процесса воспроизведения функции происходит в момент времени появления сигнала переноса с выхода последнего разряда счетчика 7. Если сигнал останова не формировать, то устройство будет работать в режиме периодического воспроизведения функции.

В отличие от прототипа предлагаемый генератор функций сохраняет требуемую точность зоспроизведения функций в течение практически неограниченного времени. Это слсдубт из того, что в режиме Подготовка интегрирующие емкости интеграторов периодически заряжаются до точных значений напряжений начальных условий, соответствующих кодовым значениям коэффициентов, т.е. погрешность дрейфа накапливается

в режиме Решение и

сбрасывается в режиме Подготовка.