Функциональный генератор Советский патент 1984 года по МПК G06G7/26 G06J3/00 

111

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение, в частности, в гиб ридных вычислительных и управляю1цих системах для воспроизведения функций задан ьк кодами узловых значений ординат и дпин участков аппроксимации, причем наиболее целесообразным является применение изобретения в системах автоматического управления для испытаний на статическую прочность и ползучесть образцов материалов и эле мсптов механическихконструкций (в частности, авиационных), где требуется высокая точность задания нагрузок И: стабильность поддержания их в течение длительного време {и (часьг, сутки месяцы).

Известен функщ ональный генератор содержащий -регистры, цифроаналоговые преобразователи, генератор импульсов счетчик и элементы задт;ержки Л ,

Недостатком функционального генератора является пониженная точность воспроизведения функций из-за кусочпо-ступенчатого характера отработки участков аппроксимации и равномерного характера разбиения на отдельные участки аппроксимации.

Известен также функциональный генератор, содержагций генератор импульсов, двоичный счетчик, счетчик с управляемой разрядностью, блок сдвига кода, цифроаналоговые преобразователи и блок формирования сигнала И П1ЦИаЦИ11 .

Недостатком генератора является сложность технической реализации при повышенных требованиях к точности

воспроизведения функций.

Наиболее близким к изобретению является функциональный генератор, содержащий первый и второй регистры, подключенные информационными входа:ьми к пине ввода кодов узловых значений функции, а выходами -к входам первого и второго цифроаналоговьк преобразователей соответственно, в151ходы которых соединены с первым и вторым входами первой декодирующей резисторной матрицы, подключенной каждым (,- где п - количество выходов матрицы) выходом к i-му сигнальному входу первого коммутатора, соединенного управляющими входами с выxoдaмIi разрядов реверсивного счетчика ..Выходы признаков обнуления и переполнения счетчика обт еди32

иены (с помощью элемента ИЛИ) в общий выход переполнения счетчика, явЛЯЮ1ЦИЙСЯ также выходом сигнала инициации функционального генератора и подключенный к входу управления записью третьего регистра, соединенного информационЕгым входом с пшиой ввода кода длительности участка, а выходом - с входом управляемого генератора импульсов. Входы управления записью первого и второго регистров для случая аппроксимации функции на каждом участке одним и тем же типом зависимости, например отрезком прямо линии, подключены к выходам признако обнуления и переполнения реверсивиого счетчика соответственно. Вход, счечика соединен с выходок управляемого генератора, а шины ввода кодов узловых значений ординат и длительтюстей участков через соответствлтолц е буферные регистры под1 лючены к jj -пЬроаому выходу блока управления (микропроцессора) 5 вход которого соединен с выходом инициирующего сигнала fsj ,

Недостатком известного устро1-;ст- ва является пониженная иыструкеыталькая точность генерирования гункций из-за кусочно-ст-упенчатрго характера отработки ка;кдого участка аппроксда1ации.

Цель изобретения -- повыотенне точности воспроизводимости функцийф

Поставленная цель достигается тем что в функциональный генераторэ содержаищй первый и второй регистры, подключенные информационньши входами к шине ввода кодов уз.довых значений функции, а выходами - к входам первого и второго цифроаналогоззых преобразователей соотзетствеико, выходы которых соединены с первым и зторьм входами первой декодирующей резксторной матрицы, соответственно подклгоХ1енной кажчьм i-м () выходом к i-му сигнальному входу первого коммутатора, соединенного управляющим-i входами с выходами разрядов реверсивного счетчика, подключенного выходом признака обнуления к входу управления записью второго регистра и входу элемента ШШ,, а вьDCoдo i признака переполнения - к входу управления записью первого регистра и второг-г, входу элемента МИ,, выход которого является выходом сигнала инициации функтдаонального генератора к соединен с входом управления запксью

третьего регистра, подключенного ин формационным входом к шине ввода кода длительности участка, а выходом 1к входу управляемого генератора импульсов, введены вторая декодирующая резисторная матрица, второй и третий Коммутаторы, управляемый переключатель и делитель частоты, соединенный выходом с входом реверсивного счетчика, а входом - с выходом управ- ю ляемого генератора импульсов и управляющим входом третьего коммутатора, выход которого является выходо функционального генератора, а сиг нальные входы подключены к выходам второй декодирующей резисторной матрицы, соединенной первьм и вторьм вх дами с выходами управляемого переключателя 5 подключенного управляющими входами к выходам признаков обнуления и переполнения реверсивного счетчика, а сигнальны ш входаг ги - к выходам первого и второго коммутаторов, причем первый коммутатор соединен (п+1)-м сигнальным входом с выхо дом второго цифроаналогового преобра зователя, а второй коммутатор подключен управляющими входами к выходам разрядов реверсивного счетчика, первым сигнальным входом - к выходу первого цифроаналогового преобразователя, а каждым i-м (26iin+1) сигнальным входом - к (1-1)-му выходу первой декодирующей резисторной матрицы. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого функционального генератора. Устройство содержит первый.и второй регистры 1 и 2, подключенные .информационными входами к шине 3 ввода кодов узловых значений функции а выходами - к входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей 4 и 5 соответственно. Выходы преобразователей 4 и 5 соединены с входами первой декодирующей резистор ной матрицы 6, подключенной i-M (, где n - количество выходов .матрицы) выходом к i-му сигнальному входУ первого коммутатора 7,

соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счетчика 8. Счетчик В подключен вькодом признака обнуления к входу управления записью второго регистра 2 и входу элемента ИЛИ 9, а выходом признака переполнения - к входу управлеНИН записью первого регистра 1 и вто-; рому входу элемента 11ЛЙ 9..Выход элемента ИЛИ 9 является выходом 10 сигнала инициации и соединен с входом управления записью третьего регистра 11, подключенного информационным входом к шине 12 ввода кода длительности участка, а выходом - к вхо ду управляемого генератора 13 1шпульуправляемом делителе частоты, подключенном упраБЛяюащм -входом к входу генератора 13, а сигнальным входом к шине опорной частоты. Реверсивньй счетчик 8 содержит собственно счетчик, дешифраторы признаков обнуления| и переполнения и триггер реверса. |СоВо Делитель 14 частоты соединен выходом с входом реверсивного счетчика 8, а входом - с выходом генератора 13 и управляющим входом третьего коммутатора 15, выход которого является вькодом функционального генератора. Сигнальные входы коммутатора 15 подключены к выходам второй декодирующей резисторной матрицы 16,. соединенной первы.м и вторым входами с выходами управляемого переключателя 17. Последний подключен управЛЯЮЩИГ-П1 входами к выходам признаков обнуления и переполнения счетчтиса 8, а сигнальны;-ш входами - к выходам первого и второго коммутаторов 7 и 18. Первы.й коммутатор 7 соединен (п+1)-м сигнальным входом с выходом второго цифроаналогового преобразователя 5. Второй ком гутатор 18 под-i ключс н управляющими входами к выхо- дам разрядов счетчика 8, первым сигнальным входом - к выходу первого цифроаналогового преобразователя 4, а каждьм i-м (2 -i$iH-1) сигнальным входом - к (i-l)-My выходу первой резисторной матрицы 6. Каждая из резисторньк матриц 6 и 16 может быть выполнена в виде цепочки последовательно соединенных резисторов, первый вывод первого и второй вывод последнего из которых являются входами матрицы, а точки соединения всех резисторов одного с другим - выходами матрицы (выходами матрицы 16 являются также и ее входы) . Управляемъпт переключатель 17 может быть выполнен па двух парах ключей, подключенньпс управляющими входами К соответствующему выходу триггера, установочные входы которого являются управляющими входаj. переключателя 17. Управляемый генератор 13 может быть выполнен на Генератор работает следующиьг образом. Перед началом работы обнуляются р гистры i, 2 и 11 и счетчик 8. Сигнал с выхода признака обнуления счетчи.ка 8 поступает на входы управления регистров 2 и 11 и на выход 10 инициащ11Г5 разрешая запись в регистр 2 кода ординаты конечной (узловой) точки первого участка аппроксимации, а в регистр 1I - кода длительности П 5рвого .участка аппроксимации„ По сигналу Пуск (цепи при зедения узлов гз исходное состояние и запуска функционального генератора на чертеже не изображены) включается генерат(5р 13,, частоты следования импульсов |на выходе которого соответствует код регистра 11. Счетчик 8 подсчитывает импульсыэ прошедяие через делитель 14 частоты, и форштрует линейно возрастающий от нуля до максимального значения код развертки первого участ ка аппроксимации, поступающий на управляющие входы коммутаторов и 18. Сигнальньш входы коммутаторов 7 и 18 подключетпз к выходам матрицы 6 ,и пре образователей 4 и 5 таким образом, что для каждого состояния счетчика 8 к в Ixoдx коммутатора 18 подключен первый вывод одного из резисторов матрицы 6 5 а к- вькоду коммутатора 7 второй вывод того же регистра из цепочки последовательно соединенных резисторов матрицы 6, При нулевом состоянии счетчика 8, когда к выхода коммутаторов 7 и 18 подкл очены их первые сигнальные входы, напряжение .на выходе коммутатора 18 равно выход .ному напряжению преобразователя 4 (т.е. соответствует ординате начальной точки первого участка аппроксимации) 5 а наиряженрхе на выходе ког-шу татора 7 отличается от вькодного напряжеЕгия коммутатора 18 на величину падения напряжения на первом из резисторов матрицы б, подключенном первь&1 выводом к выходу преобразовате.пя 4, По мере увеличения кода счет чика 8 коммутаторы 7 и 18 переключаются таким образом, что их выходные напряжения постоянно прибляясаются к выходному напряжению преобразователя 5, причем при каждом .перештгочении разность напряжений между выкодами коммутаторов 18 и 7 становится равной падению напряжения на очсфедном из резисторов матрицы достил еНИИ кодом счетчика своего максимального значенияJ когда к выходам коммутаторов 18 и 7 подключены их (i+1)-e сигнальные входы, выходное напряжение коммутатора 7 становится равным выходному напряжению преобразователя 5 (т.е. соответствует ординате конечной точки первого участка аппроксимащ и), а выходное напряжение коммутатора 18 отличается от него на величину падения напряжения на последнем резисторе цепочки последовательно соединенных резисторов матрицы 6, Выходные напряжения- коммутаторов 7 и 18 через управляемый перештючатель 17 поступают на входы матрицы 16, Б процессе работы, после калсдого перехода коммутаторов 7 и 18 в новое состояние, на управляющий вход комментатора 15 постзпает серия импульсов, количество которых равно коэффициенту деления делителя 14 частоты, Эти импульсы последовательно изменяют состояние KONiMyTaTopa 15 в результате чего его выход поочередно подключается к выводам резисторов матриць 16, начиная с первого вывода первого резистора (т.вос первого входа матрицы 16) и заканчивая вторым выводом последнего резистора цепочки последозательно соединенных резисторов матрицы16 (т.е, с второго входа матрицы 16) . .После очередного изменения состояния счетчика 8 и комг-гутаторов 7 и 18 на управляг-э-щий вход ко1-.-{мутатора 15 приходит следующая серия импульсов, коммутируя его входы таким же образом. При этом выходное напряжение ком1-.1утатора 15, являющееся выходным напряжением функционально5;о генератора,, каждьш раз изменяется ступенчато от вь;ход ого н-ап1эяжения коммутатора 18 к выходному напряжен1-1ю коммутато-ра 7, причем количество ступеней определяется коэффициентом деления делителя 14 частоты. В момент достижения кодом счетчика 8 своего максимальпого значения и формирования .на выходе коммутатора 7 напряжения, соответствь ощего ординате конечной точки первого участка аппроксимадин, с помощью матриць 16 и коммутатора 15 отрабатывается последн.яя серия ступеней первого участка аппроксимации. После прихода на управляющей вход, комчутатора 15 последнего импульса 71 текущей серии импульсов, на выходе этого коммутатора таюке устанавливается напряжение, соответствующее ординате конечной точки первого учас ка аппроксимации(коду регистра 2). При достижении счетчиком 8 максимального значения сигнал с выхода признака переполнения счетчика 8 переводит его в режим вычитания импульсов и поступает на входы управления регистров 1 и 11 и на выход 10 инициации, резрешая запись в регистры 1 и 1 1 кодов ординаты конечной точки и длительности второго участка аппроксимации. Далее функциональный генератор работает аналогично с той лишь разни цей, что по мере уменьшения содержимого счетчика 8 коммутаторы 7 и 18 переключают выходы матрицы 6 в обрат- 20

ном порядке, формируя на своих вькодах напряжения, скачкообразно изменяющиеся от выходного напряжения преобразователя 5 к выходному напряжению преобразователя 4. Так как при этом направление переключения коммутатора 15 не изменяется, то при переходе к отработке второго участка аппроксимации сигнал с выхода признака переполнения счетчика 8 переводит 30

переключатель 17 в такое состояние, при котором первьш вход матрицы 16 Шодключается к выходу коммутатора 7, а второй вход - к выходу коммутатора 18. В результате напряжение на выходе функционального генератора начинает ступенчато изменяться от уровнапряжения на выходе известного устройства (на том же участке функции) в число раз, равное коэффициенту деления делителя .14 частоты, что определяет повьшение точности генерирования заданных функций. Время переключения ключей в.Ю - 10 раз меньше времени генерации одной ступени программы, поэтому всплески выходруются схемой устройства.

Указанные преимущества позволяют применять предлагаемьш функциональ.ный генератор для задания очень медленных программ нагружения, требугощих высокой стабильности и точности их генерации. 3 ня,, соответствующего ординате конечной точки первого участка аппроксимации (кода регистра 2), до уровня, соответствующего ординате конечной точки второго участка (кода регистра 1). Переход к отработке последующего третьего участка, реверс счетчика 8 и изменение состояния переключателя 17 выполняются в момент завершения отработки второго участка по сигналу с выхода признака обнуления счетчика 8 и т.д. Таким образом, за интервал времени между каждыми двумя соседними переключениями коммутаторов 7 и 18 изменение выходного напряжения прбдла-. гаемого функционального генератора имеет ступенчатый характер, амплитуда каждой ступени которого меньше амплитуды скачкообразного изменения ного сигнала генератора легко фильт

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий первый и второй регистры, подключенные информационными входами к шине ввода кодов узловых значений функции, а выходами - к входам первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, выходы которых соединены с первым и вторым входами первой декодирующей резисторной матрицы, соответственно подключенной каждым i-M ) выходом к i-му сигнальному входу первого коммутато.ра, соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счетчика, подключенного выходом признака обнуления к входу управления записью второго регистра и входу элемента ИЛИ, а выходом признака переполнения - к входу управления записью первого регистра и второму входу элемента ИЛИ, выход которого является выходом сигнала инициации функционального генератора и соединен с входом управления записью третьего регистра, подключенного информационным входом к шине ввода кода длительности участка, а выходом - к входу управляемого генератора импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизводимости функций, в него введены вторая декодирующая резисторная матрица, второй и третий комм таторы, управляемый переключатель и делитель частоты, соединенный выходом с входом реверсивного счетчика, а входом - с выходом управляемого генератора импульсов и управляющим входом третьего коммутатора, выход которого является выходом функционального генератора, а сигнальные входы подключены к выходам второй декодирующей резис-торной матрицы, соединенной первым и вторым входами с выходами управляемого переключателя, подключенного уп..равляющими входами к выходам призначков обнуления и переполнения реверсивного счетчика, а сигнальными входами - к выходам первого и второго коммутаторов, причем первый коммутатор соединен (п+1)-м сигнальным входом с выходом второго цифроаналогового преобразователя, а второй коммутатор подключен управляющими входами к выходам разрядов реверсивного счетчика, первым сигнальным входом - к выходу первого цифроаналогового.преобразователя, а каждым i-M