Функциональный генератор Советский патент 1985 года по МПК G06G7/26 

« Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может найти применение при воспроизведении различных функциональных зависи мостей. Известен функциональный генерато содержащий генератор тактовых импул сов, блок делителей частоты, блоки аналоговых ключей, цифроаналоговые преобразователи, блок разделения импульсов, счетчик, инвертор, блок умножения, генератор функций Уолша и выходной интегратор lj . Известен также функциональный генератор, содержащий генератор так трвых импульсов, управляемьй делитель частоты, блок памяти, элементы И, реверсивный счетчик, распределитель импульсов, блок сравнения кодов, дешифратор, цифроаналоговый преобразователь и. выходной интегратор 2 . Общими недостатками функциональных генераторов являются сложность технологической .реализации при повы шенных требованиях к точности воспроизведения функций и ограниченньй частотный диапазон воспроизводимых функций, . Наиболее близким к изобретению является функциональный генератор, содержащий генератор тактовых импульсов, подключенный вькодом к сиг нальному входу блока выбора частотного поддиапазона, соединенного управляющими входами с шиной ввода кода частотного поддиапазона, и счетчик, подключенньй установочными входами к шине ввода начальной фазы а выходами - к первой группе входов дешифратора, соединенного выходакш с адресными входами блока памяти (дешифратор совместно с блоком памяти образуют запоминающее устройство ординат воспроизводимой функции) 5 выходы которого подключены к входам цифроаналогового преобразователя, соединенного выходом с выходной шиной функционального генератора причем счетный вход счетчика подключен к выходу блока вьйора частотного поддиапазона зД . Недостатками известного генератор являются пониженная точность и ограниченньй частотный диапазон генериру емых функций. 7 Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона генерируемых функций. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий генератор тактовых импульсов, подключенный выходом к сигнальному входу блока выбора частотного поддиапазона, соединенного устано вочными входами с шиной ввода кода. частотного поддиапазона функционального генератора, и счетчик, подключенный установочными входами к шине ввода кода начальной фазы функционального генератора, а выходами к первой группе входов дешифратора, соединенного выходами с адресными , входами блока памяти, выходы которого подключены к входам цифроаналогового преобразователя, введены интегратор, формирователь приращений ор1динат и группа блоков задания шага аппроксимации, каждьй из которых содержит два элемента И и делитель частоты, подключенньй счетным входом к выходу первого элемента И того же блока задания шага аппроксимагщи, установочными входами - к шине ввода кода начальной фазы,функционального генератора, выходами - к соответствующей группе входов дешифратора, а выходом старшего разряда - к вькоду второго элемента И этого же блока задания шага аппроксимации и к пер-, вым входам элементов И последующего блока задания шага аппроксимации, причем первые входы элементов И первого блока задания шага аппроксимации соединены с вькодом блока выбора Частотного поддиапазона, выход делителя частоты последнего блока задания шага аппроксимации подключен к счетному входу счетчика, а вторые входы элементов И всех блоков задаНИЛ шага аппроксимации соединены с шиной ввода кода частотного поддиапазона функционального генератора, причем выходы дешифратора подключены к входам формирователя приращений ординат, соединенного выходам - с вхо- . дами управления постоянной времени интегратора, подключенного сигнальным входом к выходу цифроаиалогового преобразователя, а .выходом - к выходу функционального генератора. На чертеже изображена блок-схема функционального генератора.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 выбора частотного поддиапазона, группу блоков 3 задания шага аппроксимации, каждьй из которых содержит два элемента И 4 и 5 и делитель 6 частоты. Кроме этого,функциональный генератор содержит счетчик 7, шину 8 ввода кода частотного поддиапазона, шину 9 ввода кода начальной фазы, дешифратор 1,0, блок 11 памяти, формирователь 12 приращений ординат, цифроаналоговый преобразователь 13 и интегратор 14, Генератор 1 может представлять собой схему с плавным изменением частоты с перекрытием выбранного диапазона или одного диапазона; либо схему генерации семейства частот, обеспечивающую дискретное перекрытие выбранного диапазона (поддиапазона). Блок 2 выбора частотного поддиапазона в зависимости от исцол- нения генератора 1 может представлять собой делитель частоты с переключаемым коэффициентом пересчета в выбранной системе счисления; либо только коммутатор, обеспечивающий выбор частоты из дискретного ряда; либо сочетание коммутатора и делителей частоты. Элементы И 4 и 5 обес печивают коммутацию импульсов либо на вход делителя 6, либо на вход следующего блока 3 задания шага аппроксимации, счетчик 7 опреляет минимальное число шагов аппроксимации. Шина 8 обеспечивает управление блоком 2 выбора частотного поддиапазона, а также коммутацию элементов И 4 и 5 блоков 3. задания шага аппроксима1р1и, обеспечивая соответствие шага аппроксимации выбранному поддиапазону . Шина 9 обеспечивает начальную установку триггеров делителей 6 и счетчика 7, Дешифратор 10 обеспе- чивает выбор цифрового кода ординат функции из блока 11 памяти и приращений функции из формирователя 12,

Формирователь 1.2 представляет собой запоминающее устройство, количество разрядов которого определяется максимальным приращением аппроксимирующих функций. Возможно также выполнение формирователя 12 в виде сумматора, обеспечивающего вычисление приращения функхщи путем вычитания двух соседних ординат. Блок 11 памяти представляет собой запоминакицее устройство, разрядность которого

определяется дискретностью представления функций и максимальной ординатой, В другом варианте исполнения возможна замена блока 11 памяти суммирзтощим устройством, которое обеспечивает получение ординат функции путем последовательного сложения приращений ординат с формирователя 12 приращений ординат,

Цифроаналоговый преобразователь 13 обеспечивает преобразование цифрового кода ординат функций и ступенчатое напряжение. Интегратор 14 представляет собой набор интегрирующих цепей, постоянные времени которых относятся между собой как степень основания системы счисления (например, степень 2 для двоичной системы) Такая схема может быть построена, например, на базе операционного усилителя, охваченного обратной связью и имеющего набор входных сопротивлений имеющих соответствующие соотношения номиналов, Коммутация интегрирующих цепей интегратора осуществляется формирователем 12,

Функциональный генератор работает следующим образом.

Предполагается, что до включения функционального генератора в блок 11 памяти и формирователь 12 записан набор соответствующих цифровых кодов определяющих выбранную функцию.

До поступления сигнала на клемму Пуск с помощью шины 8 обеспечивается коммутация соответствующих цепей блока 2 выбора частотного поддиапазона, а также коммутация блоков 3 задания шага аппроксимаций с помощью входящих в них элементов И 4 и 5, ас помощью шины 9 триггеры делителей 6 и счетчика 7 устанавливаются в положение, которое определяет начальную фазу генерируемой функции. При поступлении разрешающего сигнала на клемму Пуск импульсы генератора 1 тактовых импульсов подаются на вход блока 2 выбора частотного поддиапазона, который обеспечивает деление и выбор необходимой частоты дискретизации. Импульсы выбранной частоты поступают на вход первого блока 3 задания шага аппроксимации, где с помощью элементов И 4 и 5 и в зависимости от информации, подаваемой с шины 8 выбора кода частотного поддиапазона, импульсы подаются либо через элемент И 5 непосредственно на вход следующего блока 3 задания шага аппроксимации, либо через элемент И 4 на вход делителя 6, с выхода которого импульсы с частотой поделенной на коэффициент делителя также поступают на вход следуняцего блока 3. Таким же образом осуществляется коммутация и работа остальных блоко задания шага аппроксимации. С выхода последнего блока задания шага аппрок симаций импульсы поступают на вход счетчика 7. Таким образом, коэффициент деления К тракта, состоящего из блоков 3, выбирается в соответстВИИ с выбранным поддиапазоном соглас но равенствам таГ К - к , если К, Kj .. . пмх К . 1, rmn где К, и коэффициенты деления делителей 6 соответствующих блоков 3; п - количество делителей частоты. На выходах делителей 6 блоков 3 выходах счетчика 7 образуется двоич ный код выбора адреса, который подается на входы дешифратора Ю, обеспечивающего последовательное во времени считьшание ординати со- ответствукицих им приращений функций При этом на нижней частоте диапазона последовательно включены все делители бис блока 11 памяти последовательно считьгоаются все значения ординат функции, т.е. функщ1Я аппроксимируется ступенчатой кривой с минимальной для данного устройства дискретизацией. При достижении частоты следукндего поддиапазона с выбранным коэффициентом перекрытш производится отключение первого делителя 6. При этом с блока t1 памят считываются значения ординат, адрес которых отличаются на коэффициент перекрьггия. В поддиапазоне, в котором генери руется максимальная частота, выключаются все делители б, функция аппроксимируется минимальньи дЯЯ даннего конкретного исполнения устройства количеством ступенек аппроксимации. При этом вьшолняется равенство - к/ к. К К К-...-К г ч где N максимальное число ступенек аппроксимации, соответствующее нижнему поддиапазону частоты; минимальное число ступенек аппроксимации, соответствукнцее верхнему поддиапазону частоты. Поскольку отношение частот двух соседних поддиапазонов также равно К, то длительность ступени аппроксимации изменяется только внутри поддиапазона, но является постоянной для любой частоты из семейства частот диапазона. Разность двух соседних ординат функции изменяется в соответствии с аппроксимируемой кривой и возрастает при повьш1ении частоты выбранного поддиапазона. Как известно, для оптимальной фильтрации необходимо, чтобы дня производной функ1щи во времени вьшолнялось во всем диапазоне следующее соотношение d F(t) Uiqr T(t). Т - длительность одной стугдепеньки. В рассмотренном устройстве оптимальная фильтрация для частот, отношение которых равно К, осуществляетя благодаря формирователю 12 прираений, который обеспечивает вьщачу риращенияфункции двоичным кодом, оличество разрядов которого опредеяется диапазоном изменения крутизны ппроксимируемых функций с учетом зменения частоты генерации, а также опустимым коэффициентом высших гароник для выбранного множества функий. Количество интегрирую1цих ячеек интеграторе равно количеству разядов формирователя 12. Таким обраом, осуществляется повьш1ение точ-. ости и расширения частотного диапазона за счет оптимальной фильтрации во всем диапазоне генерируемых частот при ограниченном количестве интегрируняцих цепочек и аппроксимации функции оптимальным количеством

шагов по всему выбранному частотному диапазону, благодаря чему ближайшая высшая гармоника всегда находится вне /диапазона генерируемых частот.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий генератор тактовых импульсов, подключенный выходом к сигнальному входу блока выбора частот-ного поддиапазона,соединенного установочными входами с шиной ввода .кода .частотного поддиапазона функционального генератора, и счетчик, подключенный установочными входами к шине ввода кода начальной фазы функционального генератора, а выходами - к ;первой группе входов дешифратора, 1соединенного выходами с адресньтми входами блока памяти, выходы которо го подключены к входам цифроаналагового преобразователя, о т л и ч а - . ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения частот: г . . ij : iHoro диапазона генерируемых функций, в него введены интегратор, формирователь приращений ординат и группа блоков задания шага аппроксимации, каждый из которых содержит два элемента И и делитель частоты, подключенный входом к выходу первого элемента И того же блока задания шага аппроксимации, установочными входами - к шине ввода кода начальной фазы функционального генера тора, выходами - к соответствующей группе входов дешифратора, а выходом старшего разряда - к выходу второго элемента И этого же блока задания шага аппроксимации и «к первым входам элементов И последующего блока задания шага аппроксимации, причем первые входы элементов И первого блока задания шага аппроксимации соединены с выходом блока выбора частотного поддиапазона, выход делителя частоты последнего блока задания шага аппроксимации подключен к счетному входу счетчика, а вторые входы элементов И всех блоков задания шага V аппроксимации соединены с шиной . . ввода кода частотного поддиапазона функционального генератора, причем 4 О выходы дешифратора подключены к входам формирователя приращений ординат, соединенного выходами с входами .управления постояйной времени интегратора, подключенного сигнальным входом к выходу цифроаналогового преобразователя, а выходом - к выходу функционального генератора.