Цифровой генератор гармонических функций Советский патент 1985 года по МПК G06F1/02 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано при построении генераторов синусоидально изменяющихся сигналов Цель изобретения - повышение точ ности. Для воспроизведения гармонически колебаний решается дифференциальное уравнение v%u,2:, 0, представленное в виде системы jv;-u)y(ty ) посредством двухшагового метода чис ленного интегрирования Дt + 2t1):/Дt),oa)(t+,| 2(,):(2t b2|iu 5i {t.21i} (2 где h - шаг интегрирования. При начальных условиях у, (0) 0, (У А решением системы (2) является V(tj / 5ihwt , yjCtl Acogw-t , где А - амплитуда колебаний. Значения калщой функции ii(t) и 2 (t) вычисляются с шагом 211, но используют для вычисления приращени интеграла /li/Ct) значение подинтег ральной функции в промежуточных точ ках. Моменты вычисления приращений интегралов 4У () и () сдвину ты относительно друг друга на , т.е. интегрирование каждой строки системы дифференциальных уравнений ведется по очереди. Можно показать, что амплитуда колебаний постоянна. В соответствии с системой (2) можно записать еще одно уравнение для следующего шага интегрирования ., , , . S,()(i+2)(t+3,) (3) Выражая в уравнениях (2) и (3) переменную у через v , получим разностное уравнение четвертого порядкаV(4+n)(t+2b + :(0) 0 С4) с начальными условиями MO) O (1i) )h. Решение разностного уравнения (4) имеет вид (t)v,(o)cosf. п stn/3 . где ft arcsin (Ьи ). Учитглвая (5), окончательно получим ar&siri(u)l , i) V Таким образом, предложенное устройство не имеет амплитудной составляющей погрешности, что говорит о постоянстве значения амплитуды колебания в процессе интегрирования. Частота гармонических колебаний устройства С(ГС51п(Ьш) несколько вьш1е теоретической. На чертеже представлена структурная схема цифрового генератора гармонических колебаний. Цифровой генератор содержит ре- гистры 1-4 сдвига, первьй и второй сумматоры 5 и 6, первый и второй элементы ЗИ-2ШШ 7 и 8, счетчик 9, первый и второй элементы И 10 И и 11, первый, второй, третий и четвертый триггеры 12-15. Сумматоры 5 и 6 одноразрядные, комбинационного типа. Регистры 3 и 4 с сумматорами соответственно 5 и 6 составляк1т два накапливакидих сумматора. Регистры 1 и 2 с теми же сумматорами 5 и 6 выполняют функции реверсивных счетчиков. Соединение элементов выполнено в соответствии с формулой (2). Код функоди синус формируется в регистре 1, а код функции косинус в регистре 2. Цифровой генератор гармонических колебаний работает следующим образом. Работой регистров 1-4 управляют импульсы входной частоты РО Счетный вход счётчика 9 соединен с синхровходом устройства. Тактовая частота F , поступаклдая на синхровход устройства, связана с приращенйями а Гумента Ь следукяцим образом где п - разрядность кодов Синуса и косинуса, т.е. регистров 1 и 2; К - разрядность регистров 3-4. Вычисление в устройстве ведется по по тактам. Число тактов соответству31ет разрядности регистров. На каждый импульс частоты F производится (п+К) сдвигов в регистрах 1-4 и вычисляется одна из .строк системы (2) в зависимости от состояния счетного триггера 12. В первом полуцикле при единичном состоянии счетного триггера в устройстве производится вычисле ние первой строки систе1 ы дифференциальных уравнений (2) (ей соответствуют регистры 1, 3 и сумматор 5). Тогда код -i , хранящийся в-регистрфс 1 и 3, последовательно складывается посредством одноразрядного сумматора 5 с . Умножение хранящегося в регистрах 2 и 4, на коэффициент 2 fiu; осуществляется путе сдвига 2 разрядов вправо относительно v за счёт подачи кода на одноразрядный сумматор 5 не с регистра 4, а с регистра 2. Следовательно, 2hu) 2 Учитывая, что fi -р, получим выражение для круговой частоты генерируемых гармонических колебаний ,-(), Следовательно, сумматор 5 о суще с вляет сложение ( п + К)-разрядного слова (t) с п -разрядным словом 2 1i u)v(t+ 1i). Недостающие R старщих разрядов второго слова при его положительном значении дополняются нулями, при отрицательном - единицами, т.е. значениями знакового раз ряда второго числа. Для осуществления этой операции знаковые разряды слов и v дублируются в триггера 14 и 15 и подаются в сумматоры 5 и 6 в течение К последних тактов каждого полуцикла через элементы ЗИ-2ИЛИ 7 и 8. Управление работой элементов ЗИ-2ИЛИ 7 и 8 осуществляется триггером 13, который в начале каждого полуцикла (момент переключе ния триггера 12) обнуляется и находитсй в нулевом состоянии в течени первых л тактов, пропуская через элементы ЗЙ-2ИЛИ 7 и 8 на сумматоры 5 и 6 выходные сигналы регистров 1 и 2. По окончании первых п тактов элемент И 10 устанавливает триггер 44 13 в единичное состояние, в котором он находится в течение следующих к тактов, пропуская на сумматоры 5 и 6 вместо выходных сигналов регистров 1 и 2 выходные сигналы дублирующих знаковых триггеров. Запись информации в дублирующие знаковые триггеры осуществляется по выходному сигналу элемента И 11, вьщеляющего последНИИ (знаковый) такт сложения. Счетчик 9 имеет коэффициент пересчета (п + К). Количество разрядов п регистров 1 и 2 определяется из допустимой погрешности квантования -у и v. по уровню. Количество разрядов к регистров 3 и 4 определяется допустимой методической погрешностью интегрирования и однозначно задает число шагов интегрирования , u. ДКИ), 2 - F на одном периоде Т синуса (косинуса), причем N не зависит от физического значения Т, а определяется только величиной К. Таким образом, регулировка частоты синуса (косинуса) обеспечивается изменением частоты F. При этом К задает число отсчетов на одном периоде колебаний. Шаг интегрирования при изменении частоты F меняется только в реальном времени, а в машинном времени он остается постоянным и соответствует одному импульсу частоты F . Код косинуса за первый полуцикл не меняется, так как с инверсного выхода триггера 12 подается нулевой потенциал на элемент ЗИ-2ИЛИ 8. При этом на сумматоре -6 значение косинуса, полученное на предыдущем шаге интегрирования, складывается с нулем. Во втором полуцикле при нулевом состоянии триггера 12 аналогично происходит вычисление 2-ой строки системы дифференциальных уравнений (2) без изменения кода синуса. Операция вычитания в сумматоре 6 выполняется за счет предварительного инвертирования значений разрядов регистра 1 (например, на входе элемента 8 и за счет съема с инверсного выхода знакового триггера 14).

ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ, содержащий четыре регистра сдвига, два сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены четыре триггера, счетчик, два элемента И, два элемента ЗИ-2ИЛИ, причем синхровход устройства соединен со счетным входом счетчика и управляющими входами четырех регистров сдвига, информационные выходы счетчика соединены с входами первого и второго элементов И, выход переполнения счетчика соединен со счетным входом первого триггера и с R -входом второго триггера, 5 вход которого соединен с выходом первого элемента И, информа1 онные выходы первого и второго регистров сдвига соединены с информационными входами соответственно третьего и четвертого регистров сдвига, первый вход первого сумматора соединен с выходом первого элемента ЗИ-2ИЛИ, второй вход - с информационйым выходом третьего регистра сдвига, а выход - с информационньо4 входом первого регистра сдвига и с D-входом, третьего триггера, первый вход второго сумматора соединен с выходом второго элемента ЗИ-2ИЛИ, второй вход с информационным выходом четвертого регистра сдвига, а выход с информационным входом второго регистра сдвига и с D -входом четвертого триггера, выход второго элемента И соединен с синхровходами третьего и четвертого триггеров, прямой выход первого триггера соединен с первыми входами первой и второй групп входов первого элемента ЗИ-2ИЖ, инверсньй выход первого триггера соединен с первыми входами первой и второй групп входов второ(Л го элемента ЗИ-2ИЛИ, прямой выход второго триггера соединен с вторыми входами вторых групп входов первого и второго элементов ЗИ-2ШШ, инверсный выход второго irtirrepa соединен с вторыми входами первых групп входов первого и второго элементов ЗИ-2ИЛИ, прямой вькод четвертого I триггера соединен с третьим входом (первой группы входов первого элемен,та ЗИ-2РШИ, инверсный выход третьего триггера соединен с третьим входом второй группы входов втброго элемента ЗИ-2ИЛИ, третий вход второй группы входов первого элемента ЗИ-2ИЛИ подключен к информационному выходу второго регистра сдвига, инверсный вход первой группы входов второго элемента ЗИ-2ИЩ подключен к информационному выходу первого регистра сдвига и к выходу устройства.