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

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение, в частности, в гибридных вычислительных и управляющих системах для воспроизведения функщ-ш, заданных кодами узловых зна чений ординат и длительностей участков аппроксимации, причем наиболее целесообразным является применение изобретения ,в качестве генератора возбуждения в разомкнутых системах управления при частотных испытаниях aвиaII ioн ьгл и других типов конструкций . Известен функщюнальный генератор содержапсий счетчик, генератор импульсов, многофазный мультивибратор блол опорных напряжений, ключи, циф- роаналоговые множительные блоки, р эзисторы, интегратор и аналоговый запоминающей элемент lj . Недостатком функциоЕ ального генератора является пониженная точность воспроизведения функций из-за равномерного характера разбиения на участ ки аппроксимации. Известен также функциональный генератор, содержащий два цифроаналого вых преобразователя кодов узловых значений функили, дешифратор кода длительности участка, генератор им.пульсов, двоичный счетчик, счетчик с управляемой разрядностью, блок формирования импульса инициации, блок сдвига кода и выходной цифроаналоговый преобразователь с фильтром нижних частот 21 . Недостатком функционального генератора является сложность конструктивнои реализации при повьпиенных требованиях к точности воспроизведе ния функцир, Наиболее блиэкти к изобретению является функциональный генератор, содержа1Ц11й первый и второй регистры подключенные информационными входами к шине ввода кодов узловых зна чений функции, а вьЕходами - к входа первого и второго ц -1фроаналоговых преобразователей соответственно,, вы ходы которых соединены с первым и вторьм входами декодирующей резисто пой матрицы, подключенной выходами информационным входам коммутатора;, соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счет чика. Выходы признаков обнуления и переполнения счетчика объединены (с помоа ью элемента ИЛИ) и об11Б{й гзыход , переполнения счетчика, являюп(ийся такгле выходом сигнала инициации функционального генератора и подключенный к входу управления записьгс третьего регистра, соединенного информационHhiM входом с шиной ввода кода длительности участка, а выходом - с входом управляемого генератора импульсов. Входы управления записью первого и второго регистров для Сичучая аппроксимации функции на каждом участке одним и тем же типом Л1-П1ИИ, например отрезком прямой, полтключены к выходам признаков обнуления и переполнения реверсивного счетчика соответственно, вход счетчика соединён с выходом управляемого генератора импульсоз, а ввода кодов через соответствующие буферные регистры подключены к выходам блока управления, соединенного входом с выходом инициации з1, Недостатком известного устройства является пониженная точность жюпроизведения функций из-за кусочно-ступенчатого характера отработки каждого из участков аппроксимации Цель изобретения - повышение точности воспроизведения функций. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный генератор содержащий первый и второй регистры, подключенные информационными входами к яине ввода кодов узловых значений функции, а выходами - к входам первого и второго цифроаналоговьгх преобразователей соответственно, выходы которых соединены с первым и вторым вхоца1 и декодирующей резисторной матрицы, подключенной выходами к информационным входам первого коммутатора, соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счетчика, подключенного выходом признака обнуления к входу управления записью первого регистра и первому входу элемента ИЛИ, а выходом признака переполнения - к входу управления записью второго регистра и второму входу элемента ИЛ1, вьжод которого является выходом сигнала инициатдаи 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, дополнительно введены экспоненциаль31иый интерполятор, второй коммутатор триггер, накопительный конденсатор, группа токозадаюпсих резисторов и делитель частоты, соединенный выходом с входом реверсивного счетчика, а входом - с выходом управляемого гене ратора импульсов, управляющим входом второго коммутатора и первым входом триггера, подключенного выходом к первым выводам токозадающих резисторов группы, соединенных вторыми выво дами с соответствующими информационными входами второго коммутатора, подключенного выходом .к управляющему входу экспоненциального интерполя тора, второму входу триггера и первой обкладке накопительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционального генератора, а выход первого коммутатора подключен к сигнальному входу экспоненциального Л1нтерполятора, выход которого является выходом функционального генератора. Кроме того, экспоненциальный интерполятор содержит выходной повторитель, накопительный конденсатор токозадающий резистор и ключ, сигнальный и управляющий входы которого являются входами экспоненциального интерполятора, а выход ключа через токозадающий резистор соедине с входом выходного повторителя и первой обкладкой накопительного кон денсатора, подключенного второй обкладкой к П1ине общего потенциала функционального генератора. На чертеже изоб-ражена блок-схема предлагаемого функционального генератора. Устройство содержит первьш и второй регистры 1 и 2, подключенные информационными входами к щине 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 декодирующей резисторной матрицы 6, подключенной выходами к информационным входам первого коммутатора 7, соединенного управляющими входами с Ёыходами разрядов реверси ного счетчика 8. Счетчик 8 подключен выходом признака обнуления к входу управления записью первого регистра 44 1 и входу элемента RflH 9, а выходом признака переполнения - к входу управления записью второго регистра 2 и второму входу элемента ИЛИ 9, Вы-ход элемента ИЛИ 9 является выходом 10 сигнала инициации и соединен с входом управления, записью третьего регистра 11, подключенного информационным входом к шине 12 ввода копа длительности участка, а выходом к входу управляемого генератора 13 импульсов. Делитель 14 частоты соединен выходом с входом реверсивно1о счетчика 8, а входом - с выходом генератора 13, управляющим входом второго коммутатора 15 и первым входом триггера 16, .Триггер 16 подключен выходом к первым выводам токозадающих резисторов группы 17, соединенных вторыми выводами с соответствую-щими информационными входами второго коммутатора 15. Выход коммутатора 15 подклкЬен к управляющему входу экспоненциального интерполятора 18, второму входу триггера 16 и первой обкладке накопительного конденсатора 19 соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала. Сигнальный вход интерполятора 18 подключен к выходу коммутатора 7. Интерполятор 18 выполнен на выходном повторителе 20, ключе 21 и апериодическом звене, образованном токозадающим резистором 22 и накопительным конденсатором 23. Реверсивный счетчик 8 содержит собственно счетчик, дешифраторы признаков обнуления и переполнения триггер реверса. Управляемьв1 генератор 13 может быть выполнен на управляемом Делителе частоты, подключенном управляющим входом к входу генератора 13, а счетным входом - к шине опорной частоты. Генератор работает следующим образом, Перед началом работы обнуляются регистры 1, 2 и 11, счетчик 8 и конденсаторы 19 и 23. Сигнал с выхода признака обнуления счетчика 8 поступает на входы управления записью регистров 1 и 11 и выход инициации, разрешая запись в регистр 1 кода ординаты конечной точки первого участка аппроксимации, а в регистр 11 кода длительности первого участка аппроксимащ-ш. По сигналу Пуск (цепи приведения узлов в исходное состояние и запуска устройства не показаны) включается генератор 13, частота следования импульсов на вько де которого соответствует коду регистра 11. Счетчик 8 подсчитывает импульсы, прошедшие через делитель 14 частоты, и формирует линейно возрастающий от нуля до максимального значения код развертки первого участка аппроксимации, поступающий на управляюц яе, входы коммутатора 7, ПоследнИй переключает выходы матрицы 6 ,т|аким образом, что напряжение на его вЬгходе изменяется ступенчато от нуля (|напряжение на выходе цифроаналогоВ0ГО преобразователя 5) до напряжения, соответствующего коду ординаты конечной точки первого участка аппро ксимаци (напряжение на выходе итя рраналогового преобразователя 4), Пр дйстижении счетчиком 8 максимального значения сигнал с выхода признака переполнения счетчика 8 переводит его в режим вычитания импульсов и поступает на входы управления записью регистров 2 и 11 и выход 10 разрешая запись в регистры 2 и 11 к дов ординаты конечной точки и длительЕюсти второго участка аппроксимации . Далее функциональный генератор работает аналогично с той лишь разницей, что по мере уменьшения содержимого счетчика 8 коммутатор 7 переключает выходы матрицы 6 в обра ном порядке. В результате напряжени на выходе коммутатора 7 изменяется ступенчато от напряжения, соответст вующего ординате конечной точки пер вого участка аппроксимации, до напр жения, соответствующего ординате конечной точки второго участка аппр ксимации (напряжение на выходе преобразователя 5). Переход к отработк следующего участка и реверс счетчика 8 осуществляется в момент обнуле ния Счетчика 8 по сигналу с выхода его признака обнуления и т.д. S процессе работы за время, соответствующее пребыванию коммутатора 7 в любом из устойчивых- состояний, на управляющийвход коммутатора Т5 н на первый вход триггера 16 последо вательно поступают импульсы с вькода управляемого генератора 13, число ко торых равно коэффициенту деления делителя 14 частоты. По приходу каждого такого импульса триггер 16 устанавливается в единичное состояние а коммутатор 15 переходит в одно из устойчивьпх состояний (общее ко; ичество которых равно коэффициенту де.лекия делителя 14) подключая второй конец одного из резисторов группы 17 к первой обкладке конденсатора 19. Последний начинает заряжаться со скоростью, определяемой величиной выбранного резистора группы 17 и разностью потенциалов на его выводах. Возросшее напряжение на конденсаторе 19 замыкает ключ 21 интерполятора 18, а в момент времени достижения порога срабатывания триггера 16 переключает этот триггер в исходное (нулевое) состояние. Конденсатор 19 начинает разряжаться и возвращает ключ 21 интерполятора 18 в разомкнутое состояние. По приходу следующего импульса с выхода управляемого 13 описанные действия генератора повторяются таким образом, что за время пребывания первого Koi iMyTaToра 7 в одном из устойчивых состояний второй коммутатор 15 поочередно подключает к первой обкладке конденсатора 19 каждый из резисторов групПЬ 1 7 . За время каждого замыкания ключа 21 конденсатор 23 интерполятора частично заряжается (или разряжается) по экспоненциальному закону током, величина которого зависит от величины резистора 22 интерполятора и разности потенциалов на выводах зтого резистора. Поскольку на каждом интервале времени постоянства состояние коммутатора 7 величина этой разности потенциала принимает наибольшее значение в момент первого переключения коммутатора 15 и замыкания ключа 21, а наименьшее значение - в момент последнего перегшюченйя коммутатора 15 и замыкания ключа 21, то величины резисторов группы 17 подбираются таким образом, что прираЕ(ения напряжения на обкладках конденсаторов 23 интерполятора за время каждого замыкания ключа 21 на интервале постоянства состояния коммутатора 7 равныо Суммарная длительность замыканий ключа 21 на интервале постоянства состояния коммутатора 7 выбирается такой, что к моменту времени очередного перешпочения коммутатора 7 напряжение на конденсаторе 23 совпадает (с заданной точностью) с напряжением на вьссоде коммутатора 7. Напряжение на конденсаторе 23 через пов71торитель 20, обладающий высоким входным сопротивлением, передается на выход функционального генератора. Таким образом, за время между каж дыми двумя соседними переключателями коммутатора 7 выходное напряжение функционального генератора изменяется с одинаковыми приращениями по кусочно-экспоненциальному закону, более близкому к воспроизводимой функции, чем скачкообразный закон изменения напряжения на выходе известного функционального генератора, что и определяет повышение точности гене 48 рирования заданных функций. При этом формирование выходного напряжения в виде последовательности экспоненциал ьньсх отрезков, каждый из которых отделяется от.другого соответствующим отрезком прямой, позволяет в широких пределах изменять частоту управляемого генератора 13 и тем самым обеспечивает заданную точность воепроизведения функций при минимйльном количестве разбиений их на участки, аппроксимации. Такое разбиение позволяет минимизировать объем цифровой информации о параметрах генерируемых функций.

1. 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 преобразовдтелей соответственно, выходы которых соединены с первым и вторьш входами декодирующей резисторной матрицы,подключенной выходами к информационным входам первого коммутатора, соединенного управляющими входами с выходами разрядов реверсивного счетчика, подключенного выходом признака обнуления к входу управления записью первого регистра и первому входу элемента ИЛИ, а вькодом признака переполнения - к входу управ- . ления записью второго 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 воспроизведения функщ й, в iTero дополнительно введены экспоненциальный интерполятор, второй коммутатор, триггер, накопительный конденсатор, группа токозадаю цих резисторов и делитель частоты, соединенный выходом с входом реверсивного счетчика, а входом - с вькодом управляемого генератора импульсов, управляющим входом второго коммутатора и первым входом триггера, подключенного выходом к первым выводам токозадающих резисторов группы, соединенных вторыми выводами с соответствующим информационс S ными входами второго коммутатора, подключенного вькодом к управляющему входу экспоненциального интерполятора, второму входу триггера и первой юбкладке накопительного конденсатора, соединенного второй обкладкой с шиной нулевого потенциала функционал ьного генератора, а выход первого коммутатора подключен к сигнальному входу экспоненциального интерполятора, выход которого является выходом функционального генератора. 2. Генератор по п.1, отли№ чающийся тем, что экспоненциальный интерполятор содержит выходной повторитель, накопительный конденсатор, токозадающий резистор и ключ, сигнальный и управляющий входы которого являются входами экспоненциального интерполятора, а выход ключа через токозадающий резистор ;.соединен с входом выходного повтори-у теля и первой обкладкой накопительного конденсатора, подключенного второй обкладкой к ишне общего потенциала функционального генератора.