Устройство для моделирования спиральной развертки Советский патент 1983 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к аналого вым средствам вычислительной техники и может широко применяться там,где необходимо представление тех или иных величин в полярной системе координат, в частности в моделирующих устройствах для отыскания корне алгебраических у;равнений, для иссде дования фазовых портретов систем авто тического управления и в системах ото жения аналоговой информации раст- рового типа. Известен формирователь напряжений спиральной развертки, который с целью обеспечения постоянной ско15ости луча содержит управляемый генератрр высокочастотного напряжения амплитуда которого изменяется- по пилообразному закону с частотой суб гармоники высокочастотного сигнала, фазовращатель и другие функциональные элементы, необходимые для регулирования скорости движения луча в зависимости от изменяющегося радиуса спиральной развертки 1. Недостатками этой схемы являются аппаратурная сложность создания амплитудно-модулированных колебаний и необходимость жесткой синхронизации частоты модулирующего напряжени на субгармонике высокочастотного напряжения. . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, предназначенное-для реш ния дифференциального уравнения второго порядка, которое можно использовать в качестве формирователя напряжений круговой и спиральной ра верток, характеризующееся тем, что оро содержит замкнутые в кольцо два интегратора и инвертор, которые сзбразуют электронную модель однородно го дифференциального уравнения второго порядка. Параметры этого устройства должны быть установлены такими, чтобы решение однородного дифференциального уравнения второго порядка носило колебательный характер. В известной схеме напряжения на выходах интегратороэ всегда имеют относительный фазовый сдвиг 90 и могут быть использованы в качаетве напряжений спиральной развертки 23. Недостатками известного устройства являются нелинейность спиральной развертки, обусловленная экспоненциальным законом изменения амплитуды колебаний, невозможность обеспечения заданного числа витков спирали, обусловленная относительной нестабильностью собственной частоты и декремента затухания коле баний, и однократность процесса развертки, . Целью изобретения является повышение точности и рг сширение функциональных возможностей за. счет цик-лического задания требуемого числа витков спиральной развертки. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные первый интегратор, инвертор и второй интегратор, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход первого интегра- . тора и выход инвертора являются соответственно первым и вторым выхо-дами устройства, введены сумматор, переключатель, формирователь импульсов, триггер, с четчик импульсов и накопительныйконденсатор, причем первый вход сумматора подключен к выходу второго интегратора, второй вход сумматора соединен с выходом формирователя импульсов, входом счетчика импульсов и одной обклс1дкой формирующего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к другому суммирующему входу второго интегратора, выход счетчика импульсов соединен с счетным входом триггера, выход которого подключен к управляющему .входу переключателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами первого интегратора и инвертора, а выход переключателя соединен с входом формирователя импульсов, выход сугдлатора является третьим выходом устройства. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - виток спирали, иллюстрирующий принцип рабс5ты схемы; на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений (число витков спирали выбрано равным 5). Устройство содержит первый интегратор 1, инвертор 2, второй интегратор 3, сумматор 4, накопительный конденсатор 5, переключатель б, формирователь импульсов 7, триггер 8 и счетчик 9 импульсов. Устройство предназначено для моделирования полярной системн координат и формирования сигналов спиральной развертки (фиг. 2f. fW--fo V; x p(4|cos4; 1 (f}stnV, ) Ч - угол поворота радиуса векхора в радианах - одна из координат полярной сис. темы;. Р - величина радиуса-вектора изображающей точки М вторая из координат полярной системы; X1 - декартовые координаты Рп Ро соответственно majt и miti радиусы спирали, П - число витков спирали. Интеграторы 1 и 3 и инвертор 2 предназначены для моделирования диф ференциального уравнения второго порядка, порождающего систему напря жений синусоидальной формы. Конден.сатор 5 предназначен для скачкообразного изменения амплитуды колебаний при формировании витков спирали Переключатель 6 предназначен для коммутации аналоговых сигналов с вы да первого и входа второго кнтеграторов на вход форглирователя И1Л1ульсов. Формирователь шлпульсов 7 пред назначей для формирования прямоугол ных импульсов с крутыми фронтами из синусоидального напряжения, поступающего на его вход с выхода пе,реключателя. В качестве такого формирователя люжет быть использован интегральный операционный усилитель в обратной связи которого последова тельно включены два одинаковых крем ниевых стабилитрона, предназначенные для задания-уровней ограничения сигналов. Триггер 8 со счетньи входом и счетчик 9 импульсов предназначены для формирования заданного числа полувитков спирали и обеспечения циклического характера развертки. Устройство работает следующим образом. Интеграторы 1 и 3 и инвертор 2 включенч по схеме моделирования ура нения математического маятника х ui2 хгго и могут рассматриваться как генератор связанной системы синусоидальных напряжений, частота которых определяется посто1|нными времени интеграторов, а амплитуда начальными значениями напряжений на конденсаторах интеграторов. Фазе вым портретом этой системы нешряжений является окружность. Для того, чтобы реализовать спиральную развертку, необходимо обеспечить изменение амплитуды колебаний по линейному закону. В устройстве виток спирали аппро симируется двумя сопряженными полуокружностями (фиг. 2) с радиусами TV ( иомбр полувитка аппрок симируемой спирали ), которы точно совпадают со спиралью в точках а , Ъ , с . Для того, чтобы , обеспечить плавное сопряжение полуокружностей при аппроксимации полувитков в точках, соответствующих Ч У1 необходимо смещать центры этих полуокружностей в направлении горизонтальной оси координат на ве личину -±-у. Аппаратурно в устройстве аппроксимация спирали дугами полуокружнос ти осуй1ествлена путем скачкообразного изменения напряжения на конден саторе одного из интеграторов. Это происходит в моменты времени, при которых напряжение на выходе другого интегратора проходит через ноль. В зависимости от состояния триггера 8 только один из сходных сигналов поступает на вход формирователя 7 импульсов. Характеристика формирователя 7 импульсов такова, что его выходное напряжение ограничивается снизу на уровне J при положительном входном токе и ограничивается сверху на уровне UQ при отрицательном токе, где Од напряжение стабилизации. Если замкнут на выход первый вход, положительное -напряжение на выходе формирователя импульсов 7 соответствует неотрицательности х , в противном случае - неположительности х . Моменты времени, при которых скачком изменяется напряжение на выходе формирователя 7 импульсов, соответ- ствуют прохождению через ноль напряжения на выходах интегратора и инвертора. Поскольку конденсатор 5 одной из обкладок подключен к суМмирующей точке интегратора 3, при скачкообразном изменении напряжения на выходе формирователя 7 импульсов в суммирующую точку поступает заряд, равный +2Cs Me Я С - емкость конденсатора У.. Этому значению заряда соответствует приращение напряжения на конденсаторе интегратора 3, С. равное ди 2-:Ди где С- емкость конденС о сатора 3. Поскольку выходное сопротивление операционного- усилителя, входящего в состав формирователя 7 импульсов, достаточно мало, перезаряд конденсатора 5 происходит за достаточно малый интервал времени. В счетчике 9 импульсов, предн4 значенном для задания числа полувитков спирали, переключение происходит один раз за полупериод частоты U) . Если емкость счетчика 9 равна п - число витков спирали , строго через п периодов частоты импульс переполнения счетчика изменяет состояние триггера 8, выходные -сигналы которого производят , переключение переключателя б,что приводит к изменению характера спирали. Сумматор 4 необходим для плавного .сопряжения дуг полуокружностей,соответствующйх различным полувиткам спирали. С помсвцью этого сумматора осуществляется смещение центра полуокружности на величину приращения радиуса, которое устраняет скачок, имеющийся на выходе интегратора 3. Кривая А (фиг. 3) показывает изменение напряжения на выходах ин тегратора 1 и инвертора 2. Виден линейный рост амплитуды в течение первой половины графика и линейный спад этой амплитуды во второй половине графика. Кривая В показывает Изменение напряжения на выходе интегратора 3. Видны скачкообразные изменения гшплитуды колебаиий в моменты времени, соответствующие прохождению через ноль кривойЛ. В первой половине графика амплитуда увеличивается, во второй - уменьшается. Кривая С показывает характер изменения напряжения на выходе формирователя 7 импульсов. Полярность импульсов соответствует полуволнам кривой А. Кривая Д показывает уровень напряжения на выходе триггера 8

Кривая В соответствует напряжению на выходе сумматора 4. Нгшряжения. А и Е могут быть использованы для формирования спиральной развертки.

Использование в схеме модулирующего устройства дополнительных элементов улучшает качественные характеристики, так как обеспечивает высокую линейность спиральной развертки, заданное число витков спирали и цикличность повторения растра.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СПИРАЛЬНОЙ РАЗВЕРТКИ, содержащее последовательно соединенные первый интегратор, инвертор и второй интегратор, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход первого интегратора и выход инвертора являются соответственно, первым и вторьм выходами устройства, отличающееся тем что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет циклического задания требуемого числа витков спиральной развертки, оно дополнительно содержит суъолалор, переключатель, формирователь импульсов, триггер, счетчик импульсов и накопительный конденсатор, причем первый вход сумматора подключен к выходу второго интеграгара, второй вход суюлатора соединен с выходом формирователя импульсов, входом счетчика импульсов и одной обкладкой формирукяцего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к другому входу второго интегратора, выход счетчика импульсов соединен с счетным входом триггера, выход которого подключен к (О управляющему входу переключателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами первого интегратора и инвертора, a выход переключателя соединен с входом формирователя импульсов, выход cy « aтopa является третьим выходом устройства.

Фиг. 1

4i