Функциональный генератор Советский патент 1984 года по МПК G05G7/26 G06J3/00 

i i

Изобретение относится к автомати-ке и вычислительной технике и может найти применение, в частности, в гибридных вычислительных и управляющих системах для воспроизведения функций, заданных кодами узловых значений ординат и длительностей участков аппроксимации.

Известен функциональньш генератор содержащий генератор импульсов, реверсивньгй счетчик, дешифраторы, блок памяти, регистры и цифроаналоговые преобразователи Li 3.

Известен также функциональный генератор, содержащий счетчик, регистр коммутатор и выходной цифроаналоговьЬй преобразователь С -ЗНедостатком известных функциональных генераторов является пониженная точность генерирования функции за счет кусочно-ступенчатого характера аппроксимации, что, в частности. приводит к вредному возбуждению при использовании генераторов в качестве задатчиков программ в системах автоматического управления.

Наиболее близкимк предлагаемому является функциональнг й генератор, содержащий первый и второй регистры, подключенные информационными входами к шине ввода кодов узловых значений функции, а Бькодами - к входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, выходы которых соединены с входами резисторной матрицы, подключенной выходами к информационным входам коммутатора, соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счетчика, выходы признаков переполнения и обнуления которого объединены (с помощью элемента ИЛИ) в общий выход переполнения реверсивного счетчика, являющийся выходом сигнала инициации функционального генератора и соединенный с входом управления записью третьего регистраj подключенного информационным входом к шине ввода кода длительности частка, а выходом - к входу управляемого генератора. Входы управления записью первого и второго регистров, в воспроизведения на каждом участке аппроксимации одного и того же типа функции, например, отрезка прямой, подключены к выходам признаков обнуления и переполнения реверсивного счетчика соответственно, соединенио.го входом с выходом управляемого ге082

нератора импульсов. Шинь ввода кодов через соответствующие буферные регистры подключены к выходам управляющет-о Mi-iKponpoueccopa, соединенного входом с выходом сигнала инициаояи функционального генератора. Кроме этого, для случая воспроизведения на отдельных участках аппроксимации различньтх типов функций функциональный генератор содержит дополнитапььго е резисторные матрицы, ко -1мутаторЫ; регистры и переключатели Сз .

Недостатком известного устройства является понгокенная точность изза кусочно-ступенчатого характера отработки каждого из лчасткоз аппроксиь5ации.

Цель изобретения - повьштение точности вопроизведения функций.

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный генератор,, содер/ ащий первый и второй регистры, подключенные информационньгми входами к шине ввода кодов узловых значений функции, а выходами - к входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, выходы которьк сординены с входами; резисторной матрицы, подключенной выходами к информационным входам коммутатора, соединенного упраБляюп И1у:и входами с выходами разрядов реверсивного счетчика, подключенного выходом признака обнуления к входу управления записью первого регистра и к входу элемента РШИ. а выходом признака переполнения - к входу управления записью второго регистра и к второму входу элe 5eнтa ИЛИ, выход которого является выходом сигнала инициа1ДИИ функционального генератора и соединен с входом упра:вления запись: третьего регистра, подключенного ;информационньпч входом к тине ввода |Кода длителтьности участка, а выходом.к входу управляемого генератора импульсов, дополнительно введены экспоненциальный интерполятор,, формирователь импульсов и делитель частоты. Соединенный выходом с входом реверсивного счетчика, а входом - с выходом утгравляемого генератора импуль-сов и входом формирователя импульсов, подключэнного вькодом к упраапягащему входу экспоненциального интерполятора, выход которого является вы-ходом функционального генератора, г. сигнальный вход соедикэн с выходом (коммутатора.

31

При этом экспоненциальный интерполятор содержит выходной повторитель, накопительный конденсатор, ограничительный резистор и ключ, сигнальный и управляющий входы которого я&пяются сигнальным и управляющим входами экспоненциального интерполятора, а выход ключа через ограничительный резистор соединен с входом выходного повторителя и первой обкладкой накопительного конденсатора, подключенного второй обкладкой к шине нулевого потенциала функционального генератора.

На чертеже изображена блок-схема функционального генератора.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 регистры, подключенные информационными входами к шине 3 ввода кодов узловых значений функции, а выходами - к входам первого 4 и второго 5 цифроаналоговых преобразователей, выходы которьк соединены с входами резисторной матрицы 6, подключенной выходами к информационным входам коммутатора 7, соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счетчика 8, подключенного выходом признака обнуления к входу управления записью регистра 1 и к входу.элемента ИЛИ 9, а выходом признака переполнения - к входу управления записью регистра 2 и к второму входу элемента RTO 9. Выход последнего является выходом Ю сигнала инициации функционального генератора и соединен с входом управления записью третьего регистра 11, подключенного информационньв входом к шине 12 ввода кода длительности участка, а выходом - к входу управляемого генератора 13 импульсов.

Делитель 14 частоты соединен выходом с входом счетчика 8, а входом с выходом генератора 13 и входом формирователя 15, выход которого подключен к управляющему входу экспоненциального интерполятора 16, соединенного сигнальным входом с выходом коммутатора 7. Интерполятор 16 вьтолней на выходном повторителе 17, ключе 18 и апериодическом звене, содержащем ограничительный резистор 19 и накопитель -1ый конденсатор 20. Формирователь 15 импульсов может быть выполнен на триггере 21 и элементе 22 задержки. Управляемый генератор 13 может быть выполнен на управляемом дапителе частоты, подключенном управ2П3084

ляюпр{м входом к входу генератора 13, а сигнальным входом - к ишне опорной частоты. Реверсивный счетчик 8 содержит собственно счетчик (например типа 155НЕ7) с выходами обнуления

и переполнения, триггер реверса и вентили для переключения подсчитываемых импульсов с прямого входа на реверсивный.

Функциональный генератор работает следующим образом.

Перед началом работы обнуляются регистры 1, 2 и 11, счетчик 8 и конденсатор 20. Сигнал с выхода признака обнуления счетчика 8 поступав г на зправляющие входы регистров 1 и 11 и на выход 10 инициации, разрешая запись в регистр 1 кода ординаты ко- . нечной точки первого участка аппроксимации, а в регистр 11 - кода длительности первого участка аппроксимации. По сигналу Пуск (цепи приведения узлов в исходное состояние и запуска функционального генератора (не показаны) включается генератор 13, частота следования импульсов на выходе которого соответствует коду регистра 11, Счетчик 8 подсчитывает импульсы, рошедшие через делитель 14 частоты, и формирует линейно возрастающий от нуля до максимального значения код разверки первого участка аппроксимации, поступающий на управляющие входы коммутатора 7.. Последний переключает выходы матрицы 6 таким

5 образом, tJTo напряжение на его выходе изменяется ступенчато от нуля ( напряжение на выходе преобразователя 5) до напряжения, соответствующего коду ординаты конечной стенки перО вого участка аппроксимации (напряжение на вькоде преобразователя 4). При достижении счетчиком 8 максимального значения сигнал с выхода признака переполнения счетчика переводит

5 его в режим вычитания импульсов и поступает на управляющие входы ре:- гистров 2 и 11 и на выход 10 инициации, разрешая завись в регистры 2 и 11 кодов ординаты конечной точки и

0 длительности второго участка аппроксимации .

Далее функциональный генератор работает аналогично описанно, однако по мере уменьшения содержимого

5 счетчика 8 коммутатор 7 переключает выходы матрицы 6 в обратном порядке. В результате напряжение на вькоде кo fмyтaтopa 7 изменяется ступенчато S от напряжения, соответствующего ординате конечной точки первого участка аппроксимации, до напряжения, соответствующего ординате конечной точки второго участка аппроксимации (напряжение на выходе преобразователя 5) . Переход к отработке следующеiFo участка и реверс счетчика 8 осуществляются в момент обнуления счетчика 8 по сигналу с выхода его признака обнуления и т.д. В процессе работы за время, соответствующее пребыванию ког-мутатора; 7 в каждом устойчивом состоянии,, на- вход формирователя 15 последоваTehbHo поступают И1-шульсы с вь1хода управляемого генератора 13, число которых равно коэффициенту деления делителя 14. По приходу каждого такого И1-тульса формирователь 15 вьграбатывает импульс постоянной длительности (величина которой з йисит от времени задержки элемента 22), поступающий на управляющий вход интерполятора 16 и замыкающий ключ 18. За время действия импульса постоянной длит12Льности кондет1сатор 20 частично заряжается (i-шк разряжается) по экспоненциалы-iof-ry закону током. величина которого зависит от номинала резистора 19 и разности потенциалов irs вьгоодах этого резистора. По мере поступления импульсов на у1травляющий вход интерполятора 16 напряжение на обкладках конденсатора 20 последовательно изменяется до величи ны, соответствзпощей выходному напряжению ко п татора 7, Длитешьность импульсов на выходе форг-шрователя 15 не превьшает велнчнкы периода максимальной частоты следования ш-туль08ссв на выходе управляемшо генератора 13. С т марная длительность импульсов с формирователя 5 за время межд.у двумя соседними переключенкяг-ш кот-шутатора 7 выбираегтся такой5 чтобы к моменту времени очб;редного переключения кoм -lyтaтopa 7 напряжение iTa конденсаторе 20 совпало (с заданной точностью) с напряжением на выходе комкутатора 7 Напряжение на конденсаторе 20 через ПОБторитель 17, о5лада 01ций высоким входным сопротивлением, поступает яа выход функционального генератора. Таким образоМг за время, между двумя соседними переключениями коммутатора изменение выходного напряжения функционального генератора носит кусочно-экспоненциальный характер, более близкий к аппроксимации функции, чем скачкообразный характер изменения напряжения на выходе известного функционального генератора, что и определяет повьшшние точности генерирования функций. При этом формирование выходного напряжения на каждом интервале времени межд.у двумя соседними переключениями комt-0татора в виде последовательностк экспоиенцнальньгх отрезков (число которых равно коэффициенту деления делителя частоты) J, калсдьй из которых отделяется от другого соответствующим отрезком прямой, позволяет обеспечить высокую точность генерирования заданной функции в широком диапазоне изменения частоты генератора., т.е. в широком диапазоне изменения длительностей участков аппоксимации и дополнительно сгладить ступенчатые возмущения.

1. ФУНКЩЮНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержаощй первый и второй регистры, подключенные информа1дионными входами к шине ввода кодов узловых значений функции, а вьпсодами - к входам первого и второго цифроаналоговых . преобразователей соответственно, выходы которых соединены с входами резисторной матрицы, подключенной зьЬсодами к информационным входам коммутатора, соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счетчика, подключенного выходом признака обнуления к входу управления записью первого регистра и к входу элемента ИЛИ, а выходом признака переполнения - к входу управления -записью второго регистра и к второму входу элемента ИЛИ, вькод которого является выходом сигнала инициации функционапьного генератора и соединен с входом управления записью третьего регистра, подключенного информационньм BxoffbM к шине ввода кода длите.пьности участка, а выходом - к входу управляемого генератора импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения функций, в него дополнительно введены экспоненциальный интерполятор, формирователь импульсов и делитель частоты, соединенньп выходом с входом реверсивного счетчика, а входом - с выходом управляемого генератора импульсов и входом формирователя импульсов, подключенного выходом к управ§ ляющему входу экспоненциального интерполятора, выход которого являет(О ся выходом функционального генератора, а сигнальньш вход соединен с выходом коммутатора. 2. Генератор по п. 1, отлИчающийся тем, что экспоненциальный интерполятор содержит выходной повторитапь, накопительный 1С :конденсатор, ограничительный резистор и ключ, сигнальный и управляющий о 00 о 00 входы которого являются сигнальным и управляю15им входами экспоненциального интерполятора, а выход ключа через ограничительный резистор соединен с входом выходного повторителя и первой обкладкой накопительного конденсатора, подключенного второй обкладкой к шине нулевого потенциала функционального генератора.