Цифровой генератор синуса Советский патент 1984 года по МПК G06F17/10 G06F1/02 

со

ND СП

О5 Изобретение относятся к вьтчислигельной технике и может быть использовано при построении генераторов си нусоидальных колебаний. Изйестны генераторы синусоидаль,4tjx колебаний, содержащие элементы задержки, сумматоры, умножители L1JНедостатком генераторов такого типа является наличие шумов, связанное с округлением резул ртатов вычислений и квантованием коэффициентов. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является цифровой генератор синуса, Содержащий два элемента задержки, блок умножения, сумматор, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам элементов задержки выход первого элемента задержки подключен к входу второго элемента задержки и входу блока умножения, выход блока умножения подключен к прямому, а выход второго элемента задержки - к инверсному входу сумматора 23. Данный генератор обладает шумами что снижает его точность. После не, которого времени работы генератора :Генерируемое синусоидальное колебание становится щумовым. Цель изобретения - повышение точ ности функционирования устройства путем устранения накопления шумов. Поставленная цель достигается те., что в устройство, содержахсее генератор тактовых ит тульсов, выход которого соединен с управляющими вхо дами первого и второго элементов задержки, выход первого элемента задержки подключен к информационному входу второго элемента задержки и к входу блока умножения, выход которого соединен с прямым входом суммато ра, инверсный вход которого подключен к выходу второго элемента задерж ки, введены коммутатор, дешифратор и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход через дешифратор соеди нен с управляющим входом коммутатора, первый информационный вход кото рого подключен к выходу сумматора, связанному с выходом цифрового гене ратора синуса, первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим информационными входами коммутатора, выход которого подключен к информационному вхэду первого элемента задержки. На чертеже представлена схема ци рового генератора синуса. Цифровой генератор синуса содержи первый и второй элементы задержки 1 и 2, сумматор 3, блок умножения 4, вьоход 5, генератор тактовых импульсов 6, счетчик 7, дешифратор 8, ком MjTaTOp 9, первый 10 и второй 11 входыцифрового генератора синуса. Принцип работы устройства основан на алгоритме решения линейного разностного уравнения , U(()-U(m-2) , (11 гдеи(т) - сигнсш на выходе сумматора 3; Uttti-l/ - сигнал на выходе элемента задержки 1; U(it)2j- сигнал на выходе элемента задержки 2; Ю,1,2,3- текущий номер такта; а - коэффициент, определяю1дий частоту генерации устройства. c( co32Ff/F , где т -Частота генерации устройР - частота генератора тактовых импульсов 6. Сигнал на выходе сумматора 3 совпадает с синусоидальным при начальных условиягх U(0| UgSine U(-lHUpS{n(0,) и имеет вид U(nit (m0-(-e о - амплитуда колебаний; о начальная фаза колебаний; 0 - arccosa шаг дискретизации сигнала. Устройство работает следующим образом. С выхода генератора б тактовые импульсы инициируют счет счетчика 7, выходные коды которого через дешифратор 8 управляют коь1мз татором 9. В соответствии с определенными состояниями счетчика 7 на вход элемента задержки 1 поступают выходной сигнал с выхода сумматора 3 или соответствующие начс1льные условия 0(01, и(1| со входов 10, 11 Поскольку состояния счетчика периодически повторяются, то начальные условия и(0), 0(1) вводятся периодически, и сигнал .на выходе 5 сколь угодно большое время будет синусоидаль.ным. Счетчик 7 находится в режиме циклического счета, о:.е. при ц-разрядном счетчике любое его состояние из 2 возможных состояний повторяется с периодом 2. Число отсчетов в периоде выходного сигнала равно F/f, и значение любого отсчета должно периодически повторяться. Например, если F/f 2 , то каждому значению отсчета выходного сигнала соответствует определенное состояние счетчика 7. Начальные условия U(0), U{1) можно подавать на вход элемента задержки 1 при любых, следующих друг за другом, состояниях счетчика 7, например 1, ..., 11 и О, ..., 00; О, ..., 00 и О, ...01. При других состояниях счетчика 7, не соответст вующих выбранной паре последователь ных состояний, на вход элемента задержки 1 необходимо подавать сигнал (код ; с выхода сумматора 3 для обес печения рекурсивного алгоритма функ ционирования- устройства. Дешифратор 8 и коммутатор 9 осуществляют функцию распознавания состояния сче чика 7 и подачу на вход элемента задержки 1 начальных условий,U(0), и{11 или выходного сигнала U{z| с выхода сумматора 3. Если для ввода начальных условий выбрать, например состояния счетчика 7 О,...,00 и О, ..., 01, то состояние коммутато ра 9 можно определить по таблице. О,..,,0 О О О О,...,0 1 1 О О,...,1 О О 1

u(.ri.

Элементы задержки 1 и 2 соединены последовательно, а управляющие входы подключены к выходу генератора тактовых импульсов 6. Этим достигается задержка на один такт сигнала на выходе элемента -задержки 1 относительно элемента задержки 2. Блок умножения 4 предназначен для умножения сигнала с выхода элемента задержки 1 на коэффициент 2ч, Если в определенный момент времени счетчик 7 находится в состоянии

где F - частота генератора тактовых импульсов 6.

Шаг дискретизации сигнала 0 выбирается из условия и « 1 для обеспечения требуемой точности.

В известных устройствах для уменьшения шумов применяют сложные схемы коррекции tl или увеличивают коли.чество разрядов узлов генератора С23, причем во втором случае сигнал на выходе устройства через некоторое время все равно станет шумовым.

Предлагаемый генератор длительное время может генерировать синусоидальный сигнал за счет периодической самокоррекции. При экспериментальной проверке шумы от округлений вычислений не возрастали за время наблюдений при 8-ми разрядных узлах генератора. О, ..., 00 (см. таблицу/, то на atjxoде коммутатора 9 находятся начальные условия J(0 ) со входа 10. Фронтом очередного тактового импульса осуществляется запись начальных условий D(0l в элемент задержки 1 и изменение состояния счетчика 7. Новое состояние счетчика 7 через дешифратор 8 определяет прохождение на выход коммутатора 9 начальных условий 0(1| со входа 11. Фронтом последующего тактового импульса с выхода генератора б осуществляется запись начальных условий U(0/ в элемент задержки 2, запись и(1} в элемент задержки 1 и получает прирост счетчик 7. Сигнал с выхода элемента задержки 1 умножается блоком умножения на 2 с и поступает на прямой вход сумматора 3, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода элемента задержки 2. На выходе сумг-латора 3 получаем сигнал и(2 2а и(1) - и(01 . Новое состояние счетчика 7 через дешифратор 8 разрешает прохож эние на выход коммутатора 9 сигнала с выхода сумматора 3, а фронтом третьего тактового импульса осуществляется изменение состояния выходов элементов задержки 1,2 , состояния счетчика 7. На выходе сумматора 3 сигнал соответствует разностному уравнению (1) до тех пор, пока счетчик 7 не установится в состояния,соответствующие повторному вводу начальных условий. Частота f генерируемых колебаний определяется выражением

ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР СИНУСА, содержащий генератор тактовых импульсов, ВЫХОД которого соединен с управляющими входами первого и второго элементов задержки, выход первого элемента задержки подключен к информационному ВХОДУ второго элемента задержки и к входу блока умножения. ВЫХОД которого соединен с прямым ВХОДОМ сумматора, инверсный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, о т л и ч г ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности, В него введены коммутатор, дешифратор и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход через дешифратор соединен с управлякмцим ВХОДОМ коммутатора, первый информационный ВХОД которого подключен к выходу сумматора, связанному с выходом ЦИФРОВОГО генератора синуса, первый и второй ВХОДЫ которого соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами коммутатора, g ВЫХОД которого подключен к информаци(Л онному ВХОДУ первого элемента задержки.