Цифровой генератор функций Советский патент 1986 года по МПК G06F1/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в моделирующих и испытательных комплексах в качестве быстродействующего генератора сложных функциональных зависимостей.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 и 3 - соответственно графики, иллюстрирующие максимально допустимый модуль наклона выходного сигнала и длительность сигнала произвольной формы; на фиг. 4 - 6 - примеры воспроизводимых устройством сплайнов и составленных из них функций; на фиг. 7 - график и базисные кодовые последовательности одного из возможных генерируемых сплайнов.

Цифровой генератор содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, счетчики 3 и 4, блок 5 памяти, блок 6 памяти управляющей информации, реэерсивный счетчик 7, цифроаналого- вый преобразователь 8, блоки 9 и 10 памяти, сдвиговые регистры 11 и 12,

,

o.w

, Sg.i,N, определяющее в ресится двоичное, слово

«5f ,N

жиме воспроизведения последовательность S.. п-разряднь Х кодов установки

. - . -д 3

N

j- 5

счетчика 7. Слова 8, 3 и S, взятые для одного участка аппроксимации (шага программы), представляют соответственно битовый вектор состояэлемент ИЛИ 13, счетчик 14, мультиплексор 15, регистры 16 и 17 узла 18 регистров, рег истр 19 коэффициентов, элемент ИЛИ 20, генератор 21 одиночных импульсов, цифровой 22 и аналоговый 23 выходы цифрового генератора.

Генератор функций работает следую- щим образом.

В режиме настройки в блоки 5 и 9 в каждую строку с номером (адресом) N (,1,.,.jd-l, где d - количество строк в идентичных блоках 5 и 9) за- носятся двоичное слово 5 , ,

SIN ,. ,Sc,i,N слово 3„- SO-;M

и

s.;-

,IV - « Гч1 1 14 .

S, N , jSc-i,N . (соответственно для блока 5 и 9), определяющие в режиме вос тооизведения последовательности 5 и S состояний соответственно первого и второго управляющих входов счетчи- ка 7. В блок 10 в каждую строку с номером (адресом) N(,1,...,Ъ-, где b - число строк блока 10) зано-

5

0

5

НИИ первого управляющего вхЪда, бито- вьш вектор состояний второго управляющего входа и сжатьш (последовательность П ) кодовый вектор состояний

N

входа установки реверсивного счетчика 7, при этом формат слов §,,

и

S. равен С, формат слова

.S,V

-(g-1)n, где п явл яется форматом слова Sp ,1, . . . ,g-1) . В блок 6 заносится программа воспроизведения заданной функции в виде последовательности слов К- ,Nj Nj, N. где Kj ,N| ,N, ;Nj - соответственно коды на втором, первом, третьем и четвертом выходах блока 6 на шаге программы i, определяемым кодом на выходе счетчика 4 ; m - число шагов программы.

Исходным состоянием устройства после записи данных в блоки 5,6, 9 и 10 являются нулевые состояния блоков 2,4,7,14 и состояние переполнения (состояние С-1) счетчика 3 номера такта (схема установки в исходное не показана на фиг. 1, причем при отсутствии исходной установки указанных блоков через определенное число тактов в режиме воспроизведения генерируемая функциональная последовательность кодов на выходе 22 примет над- лежащий вид). При этом на выходах блока 6 с первого по четвертый присутствуют коды соответственно номера строки NJ, блока 5, коэффициента деле

делителя 2,

номера строки

N;

10,

ния

блока-9 и номера строки N блока на выходе блока 5 - код S , на выходе блока 9- ,м% на выходе блока 10 - код S N-K Р чем данные на выходах блоков 5, 9 и 10 определяют вид сплайна, а К - коэффи11 1ент масщтабирования по оси времени для О участка аппроксимации. Затем генератором 21 вырабатывается одиночный импульс, проходящий через элемент ИЛИ 20. По переднему фронту импульса в регистры 11 и 12, на управляющих входах которых со счетчика 3 (находящегося к этому моменту в состоянии переполнения) поступает уровень О (режим записи регистров 11 и

12),

записываются соответственно векторы 5 ::м „ и Через время задержки в счетчике 3 на его выходе уровень изменяется на 1 (ну- левое состояние). По этому фронту происходит запись кода о в ре

3.. ..3

гистр 19, запись вектора S в регистрь 16-17 узла 18 и увеличевоспроизводимой зависимости, состоящей из сплайнов, полученных при использовании (Последовательностей таких, что S на фиг, 6 - пример воспроизводимой зависимости, сое тоящсй из сплайнов, определенных произвольными последовательностями S

о 2 и 3

. N

N

Формула и зобретения

Цифровой генератор функций, содержащий генератор импульсов , делитель частоты, два счетчика, блок памяти, блок памяти управляющей информации, реверсивный счетчик, причем выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, адресный вход первого блока памяти подключен к выходам разрядов первой группы поля адресации блока памяти управляющей информации, адресный вход которого подключен к выходу первого счетчика, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены два блока памяти, два сдвиговых регистра, два элемента ИЛИ, счетчик, мультиплексор, узел регистров, генератор одиночных импульсов, регистр коэффициентов, причем выход регистра коэффициентов подключен к управляющему входу делителя частоты, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, входу синхрони зации третьего счетчика и входу син хронизации реверсивного счетчика, первьш и второй управляющие входы которого объединены соответственно с первым и вторым входами второго

1г

яиоеро

ерь, , иноова выаюшеые, нертра юду они ин о

элемента ИЛИ и подключены соответственно к информационным выходам первого и второго сдвиговых регистров, входы синхронизации которых и вход 5 синхронизации второго счетчика подключены к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора одиночных импульсов, входы установки первого

10 и второго сдвиговых регистров подключены к выходам первого и третьего блоков памяти соответственно, адресный вход третьего блока памяти подключен к выходам разрядов поля адре15 сации блока памяти управлякяцей информации, вход установки регистра коэффициентов подключен к выходам разрядов поля коэффициента деления блока памяти управлякидей информации, -выхо20 ды разрядов третьей группы поля адресации блока памяти управляющей информации подключены k адресному входу четвертого блока памяти, информационные выходы которого подключены

25 к входам установки регистров узла, выход переполнения второго счетчика подключен к разрешакицим входам первого и второго сдвиговых регистров, входу сброса третьего счетчика, вхо30 ДУ синхронизации первого счетчика, входам синхронизации регистра коэффициентов и регистров узла, выходы которых подключены к информационным входам мультиплексора, управляющий вход которого подключен к выходу третьего счетчика, вход прямого счета которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, выход мультиплексора подключен к входу установки

40 реверсивного счетчика. гг

гJ

- 35

т ffцAПAl /&t

;

т

(Риг.г

им

цт

i

-.

t

V r AtTJ

Фиг.З

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в моде- лируюищх и испытательных комплексах в качестве быстродействующего генератора сложных функциональных зависимостей. Целью изобретения является повышение быстродействия цифрового генератора. В состав генератора входят генератор импульсов, делитель частоты, четыре счетчика, три блока памяти, блок памяти управляющей инфopмalI и, два сдвиговых регистра , ьгультиплексор, узел регистров, два элемента ИЛИ, генератор одиночных импульсов и регистр коэффициентов. Повышение быстродействия цифрового генератора достигается благодаря увеличению скорости вьщачи выходного кода и возможности получения произвольного по модулю приращения выходного кода за один такт на произвольном такте. Класс воспроизводимых функций- расширяется за счет аппроксимации сплайнами произвольного вида с произвольными по знаку и модулю прира- щениягт на любом такте, причем набор сплайнов хранится в блоках памяти, откуда они вызываются в соответствии с программой воспроизведения. Увеличение скорости вьдачи выходного кода достигается за счет распараллеливания процессов выборки параметров из медленнодействующих блоков памяти и процессов их обработки в быстродействующих регистрах, мультиплексоре и выходном реверсивном счетчике. 7 ил. to (Л ISD со О) 4 СЛ

О i

ние на единицу кода на выходе счетчика 4. Через время задержки в блоке 6 памяти на его выходах появляется слово ,N ,N ,N , a через время задержки в блоках 5, 9 10 на входе установки регистра 11, входе установки регистра 12 и входах установки регистров 16-17 узла 18 устанавливаются соответственно вектор , f, вектор вектор .i, соответствующие первому участку аппроксимации.

Перед началом режима воспроизведения на первом управляющем входе, втором управляющем входе и входе установки счетчика 7 присутствуют соответственно логические уровни БД (), S () и код S (), хранящийся в регистре 16 (при сброшенном счетчике 14 мультиплексор 15 подключает к входу установки счетчика 7 выход регистра 16), например, на фиг. 4 эти значения равны.соответственно 1, 1 и 5.

Режим воспроизведения начинается с подачи импульсов частоты f с генератора 1 .

По каждому импульсу с выхода делителя 2, определяющему такт (максимальная частота этих импульсов равна fд), срабатывают блоки 7,14 и 20, а через время задержки в элементе ИЖ 20 - блоки 3, И, 12.

Выходной код счетчика 7 принимает одно из следующих четырех состояний после прихода имИульса на его вход синхрониза11;ии от состояний управ лящий входов и входа установки непосредственно перед приходом импульса: увеличивается на единицу при

N 1; V н состояние соответственно первого, второго управляюп х входом и входа установки X - произвольное значение), уменьшается на единицу при 3, 1; сохраняет предьщущеё состояние при S. П,Х, устанавливается в сос- тояйиеП, при (фиг. 4, моменты поступления импульсов показаны на оси t, а ниже их - соответст- вуюгщие значения S , S и S,, причем временная задержка в счетчике 7 не показана).

Регистры 11 и 12 работают в рег-си- ме сдвига или записи данных с входов установки соответственно при уровне 1 или о на их управляющих входах На каждом такте j с (C i)-ro по (C-i+ О2)-й в них происходят сдвиг последовательностей s и S (диалогично известному) и выдача на первый и второй управляющие входы счетчика 7 новых значений S и , а на такте (i+l)- i - запись новых векторов 5 Чпри состоянии управляю- исих входов счетчика 7 изменяются с .5.., и 8е -,,мна SO.N и 5, , где N совпадают или отличаются в зависимости от программы) . правление режимом регистров 11 и 12 осуществляет суммирующий счетчик 3, который при достижении состояния переполнения, равного С-1, выдает на время одного такта уровень О на входы управления регистров 11 и 12,

Счетчик 14 работает в режиме сохранения состояния или в режиме сложения (управления мультиплексором 15 при уровне на его управляющем входе соответственно 1 или О, причем уровень появляется на тактах, когда S(VS 0 (режим установки счетчика 7), что обеспечивается элементом 1-ШИ 13, При увеличении тока на выходе счетчика 14 с нуля по максимальное значение (g-1) мультиплексор 15 поочередно подключает к входу установки счетчика 7 выходы регистров узла 18 с регистра 16 по регистр 17, организуя на входе установки счетчика 7 последовательность S, что обеспечивается соответствующими подключением (например, по порядку) входов установки и выходов регистров 16-17 соответственно к выходам блока 10 и информационным входам мультиплексора 15 (фиг. 1). Мультиплексор 15 представляет собой мультиплексор g п-разрядных шин в одну.

В соответствии с заданными на данном участке аппроксимации последовательностями S и 3„ счетчик 14, то сохраняет предыдущее состояние, то осуществляет сложение импульсов на входе синхронизации, начиная с этого состояния. Тем самым на входе установки счетчика 7 в течение участка организуется последовательность кодов п , однозначно определенная последовательностями S, 5 и Sjy (фиг, 7), Длина последовательности Sjj определяется из требуемого класса сплайнов, в предельном случае , на практике (фиг, 7), использование описанного функционирования счетчика 14 позволяет уменьшить требуемый объем аппаратуры. При переходе на новый участок аппроксимации по импульсу с выхода счетчика 3 сбрасывается счетчик 14 и происходит подключение выхода регистра 16 к входу установки счетчика 7, т.е. всегда выполняется

°,,N

ТакиМ образом, на каждом участке аппроксимации i предлагаемьй ЦГФ вопроизводит сплайн S( (фиг. 45 U(t) аналоговая функция на выходе 23, V(t) - цифровая на выходе 22), определенный последовательностями 5|у(Н N; ), и ). Каждая из них принадлежит набору последовательностей, хранящемуся в виде векторов соответственно в блоках 5, 9 и 10 памяти, вызывается по номеру (соответственно N и N) и в конце участка i-1 записывается в соответствующий регистр (S - в узел регистров) . Сплайн может иметь произвольный вид, поскольку возможно пол чение на каждом такте приращения, произвольного по знаку и модулю (фиг. 7).

На тактах (i+1)-1 в конце участка i происходит переход устрой ства на следующим участок аппроксимации.

По импульсу с выхода элемента ИЛИ 20 в регистры 11 и 12 записываюся соответственно векторы :§

и 1S -№ причем управление режимом регистров 11 и 12 осуществляет счетчик 3. Затем по положительному фронту на выходе счетчика 3 проиходит сброс счетчика 14j запись К в регистр 19, запись вектора -cS 4 в регистры узла 18 и увеличение на единицу кода на выходе счетчика 14, что вызьгаает переадресацию блоков 6 и 5, 9, 10 памяти. Затем начинается новый участок аппроксимации и т.д. г

На участке аппроксимации i счет-

чик 4 находится в состоянии 1+1, что обеспечено в режиме настройки пдачей одиночного импульса с генерат ра 21. В течение участка i в блоках и 5, 9, 10 протекают переходные процессы по вызову параметров следующе участка, заканчивающиеся к кцу i-ro участка о Для этого необходи МО выполнение условия

.

допустимое вреМя такта

где t,

в предлагаемом устройстве; g - задержка в блоке с номером согласно фиг. 1.

Таким образом, на предлагаемом ЦГФ используют принципы упреждения (на i-M участке счетчик 4 находится в состоянии i+1), структуризации данных (вьщача блоками 5,9 и 10 памяти параметров С1гпайна в виде векторов) и конвейеризации (в один момент времени происходят выборка параметров следующего участка, хранение и вьщача параметров приращения выходного кода ЦГФ для j+1-го такта, обработка в реверсивном счетчике параметров приращений j-ro такта).

Для обеспечения заданного функционирования ЦГФ выполняются условия на каждом такте: частота тактовых импульсов не превьшлает допустимую для каждого блока, срабатывающего на каждом такте, сотедующий импульс на вход синхронизации счетчика 7 поступает после смень состояний управляющих входов и входа установки, вызванной пре- дьщущим тактовым импульс ом установка О на управляющем входе счетчи-- ка 14 в резух ьтате прихода импульса на входы синхронизации регистров 11 и 12 происходит ра:ньЕ е прихода сле- импульса синхронизации, при переходе на следующий участок 1+1: уровень О формируется на входах управления регистров 11 и 12 к моменту поступления на их входы синхронизации c(i+1)-1-ro импульса, а после него снимается, новый код коэффициента деления К. устанавливается на управляющем входе делителя 2 до прихода следующего импульса с выхода генератора 1, переходный процесс в муль типл:ексоре 15, вызванный сбросом счетчика 14 и записью нового кода в регистр 165 заканчивается к приходу импульса на вход синхронизации счетчика 7, гараметры i+2-го участка поступают на входы установки регистров 11, 12 и 19 и регистров узла 18 до прихода следующего импульса с выхода счетчика 3.

На фиг. 4 показан пример воспроизводимой зависимости, состоящей.из сплайнов, получаемых при использова- нии на участке последовательностей § и таких, что в одной из них

все единицы; на фиг. 5 - пример

f4

О / 2 3 f 5 6 7 в 9 Win2t3f H51Bi7f819X2n2Z32t2S2627ZeZ93a3l

s;:f It 000000 00 ooQifniifoon 1 i 1 0 on

S f / / / / 10000001 1 1 t 00 0 1 1 1 1 n 1 0 0 0000 Пн 555555 Wt5192(27272727272727272727Z727272727272724l020tO

5 W 15192t27 Фиг.7

Составитель С.Курош Редактор Н.Гунько Техред И.Попович Корректор М.Шароши

Заказ 3090/50 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4