Цифровой генератор синусоидальных колебаний Советский патент 1987 года по МПК H03K4/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в измерительной аппаратуре и устройствах автоматики.

Цель изобретения - расширение диа- 5 пазона генерируемых частот при одновременном упрощении устройства.

На фиг. приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока преобразования кода; на фиг.З - функциональная схема управляемого интегратора; на фиг.А - временные диаграммы работы устройства.

10

ми входами втдрьгх элементов И перв го, третьего и пятого элементов 2И-2ИЛИ НЕ 14, 16 и 18 и с вторыми входами первых элементов И второго и четвертого элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 1 17, а инверсный выход триггера 19 единен с вторыми входами первых эл ментов И первого, третьего и пятог элементов 2И 2{ШИ-НЕ U, 16 и 18 и вторыми входами вторых элементов И второго и четвертого элементов 2И-ИЛИ-НЕ 15 и 17. Первые,входы с первого по шестой элементов И-НЕ 20-25 соединены с выходом пятого эл

Устройство содержит задающий гене- мента 2И-ИЛИ-КЕ 18, вторые входы с

ратор 1 импульсов, первый и второй де делители 2 и 3 частоты импульсов с переменным коэффициентом деления, ре- ерсивный счетчик 4 импульсов, дешифратор 5, блок 6 преобразования кода и управляемый интегратор 7.

Задающий генератор 1, второй делитель 3, первый делитель 2, реверсивный счетчик 4, дешифратор 5 и блок 6 соединены последовательно. Выход блока 6 соединен с вторым выходом второго делителя 3, второй выход которого соединен с первым входом управляемого интегратора 7, второй вход которого соединен с вторым выходом дешифратора 5, а выход является выходом устройства.

Блок 6 содержит с первого по шестой разряды 8-13 входной шины, с первого по пятый элемент 2И-2ШШ-НЕ 14-1§, триггер 19, с первого по шестой элементы И-НЕ 20-25. Первый разряд 8 соединен с входом установки в ноль триггера 19 и первым входом первого элемента И пятого элемента 2И-2ИЖ-НЕ 18, второй разряд 9 соединен с первыми входами вторых элементов И четвертого и пятого элеВыходы с первого по шестой элементов И-НЕ 20-25 образуют соответ ственно с шестого по первый разряд выхода блока 6.

Управляемый интегратор 7 содер жит триггер 26, первый и второй к чи 27 и 28, двухвходовой интеграт 29. Вход триггера 26 является вто входом управляемого интегратора 7 прямой и инверсньш выходы триггер 26 соединены с управляющими входа

40

ментов 2И-2И1Ш-НЕ Пи 18, третий раз-45 и второго ключей 27 и 28,

ряд 10 соединен с первыми входами первых элементов И третьего и четг вертого элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 16 и 17, четвертьй разряд 11 соединен с первыми входами вторых элементов И второго и третьего элементов 2И-2ШШ-НЕ 15 и 16, пятьй разряд 12 соединен с первыми входами первых элементов И первого и второго элементов 2И-2ИЛИ-НЕ

50

входы которых объединены и образу первый вход управляемого интеграт ра 7, а выходы соединены соответс венно с первым и вторым выходами двухвходового интегратора 29, выход которого является выходом управляемого интегратора 7.

Реверсивный счетчик 4 может бы выполнен по одной из известных сх

14 и 15, шестой разряд 13 соединен с с переключением направления счета первым входом второго элемента И пер- при переполнении. Двухвходовый интег- вого элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 1 4 и входом установки в единицу триггера 19, прямой выход которого соединен с вторыратор 29 также может быть выполнен по известной схеме. Остальные блоки выполнены на типовых элементах.

ми входами втдрьгх элементов И первого, третьего и пятого элементов 2И-2ИЛИ НЕ 14, 16 и 18 и с вторыми входами первых элементов И второго и четвертого элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 15, 17, а инверсный выход триггера 19 соединен с вторыми входами первых элементов И первого, третьего и пятого элементов 2И 2{ШИ-НЕ U, 16 и 18 и вторыми входами вторых элементов И второго и четвертого элементов 2И-ИЛИ-НЕ 15 и 17. Первые,входы с первого по шестой элементов И-НЕ 20-25 соединены с выходом пятого эле

первого по четвертый элементов И-НЕ 20-23 соединены с выходом четвертого элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 17, второй вход пятого элемента И-НЕ 24 и третьи входы первого и второго элементов И-НЕ 20 и 21 соединены с выходом тре.тьего элемента 2И-2ИПИ-НЕ 16, второй вход шестого элемента И-НЕ 25, третий вход пятого элемента И-НЕ 24 и четвертый вход первого элемента И-НЕ 20 соединены с выходом второго :элемента .2И-2ИЛИ-НЕ 15, третий вход третьего элемента И-НЕ 22 и четвертый вход пятого элемента И-НЕ 24 соединены с выходом первого элемента 2И-2Ш1И-НЕ 14„

Выходы с первого по шестой элементов И-НЕ 20-25 образуют соответственно с шестого по первый разряды выхода блока 6.

Управляемый интегратор 7 содержит триггер 26, первый и второй клю- чи 27 и 28, двухвходовой интегратор 29. Вход триггера 26 является вторым входом управляемого интегратора 7, прямой и инверсньш выходы триггера 26 соединены с управляющими входами

и второго ключей 27 и 28,

входы которых объединены и образуют первый вход управляемого интегратора 7, а выходы соединены соответственно с первым и вторым выходами двухвходового интегратора 29, выход которого является выходом управляемого интегратора 7.

Реверсивный счетчик 4 может быть выполнен по одной из известных схем

с переключением направления счета при переполнении. Двухвходовый интег

ратор 29 также может быть выполнен по известной схеме. Остальные блоки выполнены на типовых элементах.

3-1

Рассмотрим работу цифрового генератора . Условимся наличие потенциала на выходе какого-либо логического элемента считать 1, а его отсутст- вне О.

С выхода задающего генератора 1 напряжение с частотой f поступает на счетный вход второго делителя 3, которьш по первому выходу имеет постоянный коэффициент деления, рав- ный п, независящий от управляемого кода. G первого выхода этого делителя напряжение с частотой f

fo

поступает на счетный вход перп

вого.делителя 2. Коэффициент деления этого делителя изменяется переключателями от 1 до N.

При изменении коэффициента делени первого делителя 2 меняется выходная частота цифрового регистра. С выхода первого делителя 2 импульсы с час- fh

тотои --- поступают на вход реверсивного счетчика 4. Емкость ревер- сивного счетчика 4 определяет число участков аппроксимации генерируемой синусоиды. От числа участков аппроксимации зависит коэффициент нелинейных искажений генерируемых колебаний Поэтому емкость счетчика 4 выбирается исходя из заданного коэффициента нелинейных искажений, который при линейной аппроксимации равен 2, с98.

к - -1- и - 720 М ) ,

где t - число участков аппроксимации всего периода синусоиды.

Так как реверсивный счетчик 4 определяет число участков аппрокси- мации только четверти периода сину- соидального ригнала, то его емкость

будет равна -т. Выходной код счетчика 4 поступает на вход дешифратора 5. Первый выход дешифратора 5 подключен к кодовым шинам jjoKa 6, с выхода которого поступают коды,- пропорциональные значениям синуса в точках аппроксимации. Эти коды определяют углы наклона аппроксимирующих прямых для каждого участка аппроксимации. Выход блока 6 поразрядно соединен- с вторым входом вто- . рого делителя 3. На втором выходе второго делителя 3 за. время Т

--- формируется пачка импульсов,

I- ь.

674 .

приблизительно равномерно распределенных по интервалу времени Т„, количество которых в пачк пропорционально управляющему коду. Пачки импульсов с второго выхода второго делителя 3 поступают на первый вход управляемого интегратора 7. Число импульсов в пачке определяет скорость нарастания напряжения на выходе управляемого интегратора 7, т.е. наклон аппроксимируюп1ей прямой на данном участке аппроксимации.

Рассмотрим процесс формирования синусоидального напряжения. В момент времени, когда реверсивный счетчик 4 заполнен, на разряде 13 фиг. (фиг.2) блока 6 появится 1, которая установит триггер 19 в 1. Единица с прямого выхода триггера 19 откроет левые (по фиг.2) элементы И элементов :2И-2Ш1И-НЕ 14-18. При этом 1 с разряда 13 пройдет через элемент 14 на входы элементов 22 и 24, в результате чего на выходе блока 6 появится код 001010, в соответствии с которым на выходе второго делителя

3появится соответствующая пачка импульсов, число которых и определит угол наклона аппроксимирующей прямой на участке от t, до t (фиг.4 ). При поступлении очередного импульса на вход реверсивного счетчика 4 выходной код его изменится так (в это время он работает на вычитание) , что на разряде 12 блока 6 появится 1, которая, пройдя через элемент 15, изменит код на выходе блока 6. Значение кода станет равным 100011. Этим кодом будет задан другой наклон аппроксимирующей прямой на втором участке от t до t и т.д. Когда значение кода в реверсивном счетчике

4будет равно 001, на разряде 9 бло- ;ка 6 появится 14, которая, пройдя через элемент 18, сформирует на выходе блока 6 код 111111. С приходом очередного импульса на вход реверсивного счетчика 4 его выходной код станет равным 000. На этом заканчивается формирование первой четверки синусоиды. В это время на разряде 8 блока появится 1, установит триггер 19 в состояние О, при этом закроются левые (по.фиг.2) и откроются правые элементы И элементов 2И-2ИЛИ-НЕ 14-18. Через правый элемент И элемента 2И-2ИЛИ-НЕ 18 еди- ница с разряда 8 пройдет на входы элементов И-НЕ 20-25 и на выходе блока 6 появится код 111111, т.е. такой же, какой был сформирован до этого единицей с разряда 9. Действительно углы наклона аппроксимирующих прямых на участках t, -t и t,-t (фиг.4,е)

равны ках

А 5

Тоже можно

,

t,-4

и

3 6

сказать и tg-t, ; t.-t,: t -t.

и об участt,-t3

и

8 9

КОМ аппроксимации

и

t ,-t,o

Участ- заканчиваt,-t,o

ется процесс формирования половины синусоиды. Вторая половинка синусоиды формируется аналогичным образом.

Рассмотрим работу управляемого интегратора 7. С второго выхода второго делителя 3 пачки импульсов (фиг.4,а) поступают на первый вход управляемого делителя 7. Когда код реверсивного счетчика 4 достигает максимального значения, на втором выходе дешифратора 5, а следовательно, и на счетном входе триггера 26 появляется 1 (фиг.4,5), которая опрокидывает триггер 26 (фиг.4,6). При наличии 1 на прямом выходе триггера 26 ключ 28 закрыт, а ключ 27 открыт. При этом пачки импульсов, поступающие на первый вход управляемого интегратора 7, проходят через ключ 7 (фиг.4,г),поступают на первый вход двухвходового интегратора 29 и заряжают имеющийся в нем конденсатор. Заряд идет все время, пока ревесивный счетчик 4 считает от максимального значения до нуля и обратно до максимального значения за время от t о до t (фиг.4,е). После этого на втором входе управляемого интегратора 7 опять появится 1 (фиг.4,8), которая опрокидывает триггер 26, при этом на инверсном выходе триггера 26 появляется 1, а на прямом О (фиг.4,6). Ключ 27 закрьгоается, а ключ 28 открывается и импульсы, поступающие на первый вход управляемого интегратора 7, пройдя через ключ 28 (фиг.4,3), поступают на второй вход двухвходового интегратора 29 и начинают разряжать конденсатор - уча ток времени от t до t . (фиг.4,е). Разряд емкости происходит такое же время, как и ее заряд. В дальнейшем цикл заряда и разряда емкости повторяется. В результате на выходе интегратора 7 формируется, синусоидальное напряжение (фиг.4,е).

Минимальная неискаженная частота генерируемых цифровым генератором колебаний зависит от числа, разрядов первого делителя 2. Чем больше

исло разрядов первого делителя 2, тем ниже генерируемая частота. Увеичение разрядности первого делителя 2 каких-либо техническ1гх трудностей не вызывает.

Верхняя граница частотного диапазона цифрового генератора практически ограничена только быстродействием схемы второго делителя 3 и частотой задающего генератора 1.

Коэффициент нелинейных искажений при линейной аппроксимации зависит от количества участков аппроксимации. В предположении, что интегра- тор 7 линеен, других погрешностей при генерировании колебаний генератор не имеет. Широкий диапазон частот предлагаемого цифрового генератора по сравнению с известным о бъяс- няется отсутствием погрещностей, вносимых умножителем частоты.

ормула изобретения

1.Цифровой генератор синусоидальных колебаний, содержащий задающий генератор импульсов, первьй делитель частоты импульсов с переменным коэф- фициенуом деления, реверсивный счетчик импульсов, выход которого соединен с входом дещифратора, и управляемый интегратор, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазонов генерируемых частот при одновременном упрощении устройства,

в него введены второй делитель частоты импульсов с переменным коэффициентом деления и блок преобразования кода, причем выход задающего генератора импульсов соединен с первым входом второго делителя частоты импульсов с переменным коэффициентом деления, первый выход которого через первьй делитель частоты импуль- с.ов с переменным коэффициентом деления соединен с входом реверсивного счетчика, а первый выход дещифратора через блок преобразования кода соединен с вторым входом второго делителя частоты, второй выход которого соединен с первым входом управляемого интегратора, второй вход кото- рого соединен с вторым выходом дещифратора.

2.Генератор по п. 1, о т л и - чающийся тем, что блок преобразования кода содержит с первого по пятый элементы 2И-2ИЛИ-НЁ, триггер,

с первого по шестой элементы И-НЕ, причем первый разряд входа блока соединен е входом установки в ноль триггера и первым входом первого элемента И пятого элемента 2И 2ИЛИ-НЕ, второй разряд - с первьми входами вторых элементов И четвертого и пятого элементов 2И-2Ш1И-НЕ,. третий разряд - с первыми входами первых элементов И третьего и четвертого элементов 2И-2Ш1И-НЕ, четвертый разряд - с первыми входами вторых элементов И второго и третьего элементов 2И-2ИЛИ-НЕ, пятый разряд -.с первыми входами первых элементов И первого и второго элементов 2И-2Ш1И-НЕ, шестой разряд входа - с первым входом второго элемента И первого эле- мента 2И-2ИЛИ-НЕ и входом установки в единицу триггера, прямой выход которого соединен с вторыми входами вторых элементов И первого, третьего пятого и с вторыми входами первых элементов И второго и четвертого эле ментов 2И-2Ш1И-НЕ, а его инверсный соединен с вторыми входами первых элементов И, первого, третьего, пятого и второго элементов И второго и четвертого элементов 2И-2ИЛИ-НЕ при этом первые входы с первого по шестой элементов И-НЕ соединены с выходом пятого элемента 2И-2Ш1И-НЕ, вторые входы с первого по четвертый элементов И-НЕ соединены с выходом

1 . .

Ял

JO

fj

-

0

0

четвертого элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, второй вход пятого элемента И-НЕ и тре- тьи входы первого и второго элементов И-НЕ соединены с выходом третьего элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, второй вход шестого элемента И-НЕ, третий вход пятого элемента И-НЕ и четвертый вход первого элемента И-НЕ соединены с выходом второго элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, третий вход третьего элемента И-НЕ и четвертый вход пятого элемента И-НЕ соединены с выходом первого элемента 2И-2ИЛИ-НЕ, а выходы с первого по шегтой элементов И-НЕ образуют соответственно с шестого по первый разряды выхода блока преобразования кода.

3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что управляемый генератор содержит триггер, первый и второй ключи и двухвходовый интегратор, причем вход триггера является вторым входом управляемого интегратора, прямой и инверсный выходы триггера соединены с управляющими входами соответственно первого и второго клю- чей, входы которых соединены с первым входом управляемого интегратора, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами двухвходо- вого интегратора, выход которого является выходом управляемого интегратора.

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в измерительной аппаратуре и устройствах автоматики. Цель изобретения - расширение диапазона генерируемых частот и упрощение устройства. Цифровой генератор (ЦГ) содержит задающий генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты импульсов с переменным коэффициентом деления (Д), реверсивный счетчик 4 импульсов, дешифратор 5 и управляемьш интегратор 7. В устройство введены делитель 3 частоты импульсов с переменным коэффициентом деления, блок 6 преобразования кода. При этом максимальная неискаженная частота генерируемых ЦГ колебаний зависит от числа разрядов Д 2. Чем боль- больше число разрядов Д 2, тем ниже генерируемая частота. Верхняя граница частотного диапазона ЦГ практически ограничена только быстродействием Д 3 и частотой задающего генератора 1 импульсов. Широкий диапазон частот ЦГ объясняется отсутствием погрешностей, вносимых умножителем частоты. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л ISD со to О5