Генератор импульсов параболической формы Советский патент 1992 года по МПК H03K4/04 

VI

N3

СО

о

CJ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известен генератор импульсов парабо- лической формы, содержащий генератор пилообразного напряжения, два последовательно соединенных интегратора, широтно- импульсный модулятор, блокинг-генератор, два транзисторных ключа и два управляв- мых ограничителя.

Недостатком генератора является ограниченная область применения ввиду отсутствия возможности генерировать импульсы, у которых параболической формой обладали бы как передние, так и задние фронты, причем как раздельно, так и одновременно, т.е. генерировать импульсы соответственно с восходящими либо с нисходящими ветвями параболы либо одно- временно с теми и другими, образующими полную симметричную параболу.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является генератор импульсов параболической формы, содержа- щий генератор импульсов опорной частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, старший разряд которого подключен к управляющему входу переключателя полярности, цифроаналого- вый преобразователь, вход опорного напряжения которого соединен с источником эталонного напряжения, накапливающий сумматор, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, информационные входы соединены поразрядно с кодовыми выходами счетчика импульсов, а выходы - с соответствующими кодовыми входами цифроана- логового преобразователя, и суммирующий усилитель, входы которого соединены с выходами цифроаналогового преобразователя и источника эталонного напряжения, а выход соединен с выходом переключателя полярности.

Указанный генератор обладает рядом недостатков. Во-первых, отсутствует возможность генерировать импульсы, передние или задние фронты которых представляли бы собой восходящие или нисхо- дящие ветви парабол различной выпуклости; во-вторых, генерировать импульсы, вершины которых представляли бы собой восходящую ветвь параболы различной выпуклости, а также нисходящую ветвь, выпуклую вниз; в-третьих, генерировать импульсы, в пределах длительности которых они обладали бы только какой-либо одной полярностью; в-четвертых, генерировать импульсы, полярность которых могла бы чередоваться; в-пятых, генерировать импульсы, у которых первая производная в начале или конце восходящих либо нисходящих ветвей парабол могла бы принимать различные значения, а не только нулевые; в-шестых,генерироватьимпульсы параболитической формы, которая определялась бы не только постоянным и квадратичным членами параболы, но еще и линейным членом; в-седьмых, генерировать импульсы с регулируемыми длительностью и скважностью.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения формирования импульсов, соответствующих любому заданному участку параболы.

Цель достигается тем, что в генератор импульсов параболической формы введены счетчик результата, двоичный умножитель, выход которого соединен со счетным входом счетчика результата, преобразователь кода в частоту, выход которого соединен со счетным входом двоичного умножителя, ключ, информационный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход - с входами преобразователя кода в частоту и двоичного умножителя, и второй счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом ключа, причем выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены соответственно с управляющим и блокирующим входами ключа. Кодовый вход цифроаналогового преобразователя соединен с кодовым выходом счет- чика результата, выход соединен с выходной шиной. Управляющие входы счетчика результата, двоичного умножителя, преобразователя кода в частоту и второго счетчика импульсов соединены соответственно с первой, второй, третьей и четвертой шинами управления. При этом двоичный умножитель содержит поразрядно соединенные кодовыми шинами счетчик импульсов и преобразователь кода в частоту, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом двоичного умножителя, счетным и управляющим входами которого являются соответственно счетный и управляющий входы счетчика импульсов.

Целью изобретения является также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения формирования импульсов не только постоянной, но и чередующейся полярности.

Указанная цель достигается тем, что в генератор .импульсов параболической формы введен триггер знака, счетный вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов, а выход - с управляющим входом цифроаналогового преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема генератора импульсов параболической формы; на фиг. 2 - формы выходных импульсов.

Генератор импульсов параболической формы содержит счетчик 1 результата, двоичный умножитель 2, включающий в себя поразрядно соединенные кодовыми шина- ми счетчик 3 импульсов и преобразователь

4кода в частоту (ПКЧ), вход и выход которого являются соответственно входом и выходом двоичного умножителя 2, счетным и управляющим входами которого являются соответственно счетный и управляющий входы счетчика 3 импульсов, ПКЧ 5, выход которого соединен со счетным входом двоичного умножителя 2, ключ 6, информационный вход которого соединен с выходом генератора 7 опорной частоты, а выход - с входами преобразователя 5 кода в частоту

и двоичного умножителя 2, выход которого соединен со счетным входом счетчика 1 результата, первый 8 и второй 9 счетчики им- пульсов, счетные входы которых соединены соответственно с выходами генератора 7 опорной частоты и ключа 6, а их выходы - соответственно с управляющим и блокирующим входами ключа 6, ЦАП 10, кодовый вход которого соединен с кодовым выходом счетчика 1 результата, выход соединен с выходной шиной 11, и триггер 12 знака, счетный вход которого соединен с выходом второго счетчика 9 импульсов, а выход - с управляющим входом ЦАП 10, соединенным с дополнительной шиной 13 управления. При этом управляющие входы счетчика 1 результата, двоичного умножителя 2, ПКЧ

5и второго счетчика 9 импульсов соединены соответственно с первой 14, второй 15, третьей 16 и четвертой 17 шинами управления.

Генератор работает следующим образом.

В установившемся режиме формирование длительности импульса, передний либо задний фронт которого либо его вершина должны представлять собой параболическую форму различной выпуклости, описы- ваемую функцией вида

Y а0 ± ait ± 32T2,(1)

где t-текущее время;

ао, 31, 32 - постоянные коэффициенты, начинается с появления импульса переполнения на выходе первого счетчика 8 импульсов, период Т повторения которого, являясь периодом повторения выходных импульсов, равен

Т K/fo,(2)

где К - коэффициент пересчета первого счетчика 8 импульсов;

fo - частота генератора 7 импульсов опорной частоты.

Импульс переполнения, поступая на управляющий вход ключа 6, открывает последний, а также производит запись кодовых уставок АО, AI и Nf с первой 14, второй 15 и четвертый 17 шин управления в счетчики 1, 3 и 9 соответственно (цепи записи счетчиков не показаны). Причем, если запись кодовой уставки N во второй счетчик 9 импульсов производится в прямом коде, то указанный счетчик устанавливается в режим вычитания, а если в дополнительном - то в режим сложения. Для обеспечения более четкой работы генератора запись кодовых уставок АО, Ai и N должна производиться передним фронтом импульса переполнения, а открытие ключа 6 - задним. Импульсы, поступающие с вхыода генер.атора 7 импульсов опорной частоты на информационный вход ключа 6, проходя через последний, поступают как на входы ПКЧ 4 и 5, так и на счетный вход второго счетчика 9 импульсов. При обнулении последнего (режим вычитания) либо переполнении (режим сложения) его выходной импульс по выходу блокировки ключа б закрывает указанный ключ, тем самым прекращая формирование выходного импульса генератора, длительность г которого определяется формулой

т-ф.(3)

То

Выходная частота тду двоичного умножителя 2, равная выходной частоте ПКЧ 4, определяется выражением

N1 f0/2nNi,(4)

где ЛУт - выходной код счетчика 3 импульсов;

Ki - коэффициент преобразования ПКЧ 4;

п - число разрядов ПКЧ 4, равное числу разрядов счетчика 3 импульсов.

В каждый момент времени t в интервале длительности т выходной код NI счетчика 3 импульсов, поступающий на кодовые шины ПКЧ 4, будет равен

Ni Ai ± тпкч t, (5) причем

тпкч К2 А2 - f0/2p A2,(6)

где тпкч - выходная частота ПКЧ 5;

Ка- коэффициент преобразования ПКЧ 5;

р - число разрядов ПКЧ 5;

А2 - кодовая уставка ПКЧ 5 на третьей шине 16 управления.

Знаки полярности + либо - в выражении (5) употребляются в зависимости от режима.

в котором должен работать счетчик 3 импульсов - в суммирующем либо вычитающем соответственно. С выхода двоичного умножителя 2 за время t на счетный вход счетчика 1 результата поступит число им- пульсов N2, равное

N2 / тду dt / - (Ai ± тпкч t) dt о02

to Ai.t±f°.

friKH t2

n + 1

пПnfl

С учетом начальной записи кодовой уставки АО выходной код NY счетчика 1 результата будет соответствовать числу импульсов, равному

NY АО ± N2.(8)

Знаки полярности + либо - в выражении (8) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 1 результата - в суммирующем либо вычитаю- щем соответственно. Учитывая выражения (6) и (7), формулу (8) запишем в виде

(7).

NY AO ± lt±fo А2

i2 . (9)

2п2п+р-М

откуда следует, что выходной код NY счетчика 1 результата является параболической функцией времени t. Учитывая формулу (9) и линейность преобразования выходного кода NY в аналог с помощью ЦАП 10 выходное напряжение ивых последнего, которое является выходным напряжением генератора, присутствующим на его выходной шине 11, также будет параболической функцией времени t.

иВых аМу «Ао ±

а f0

2п

-Јlf±

a-fo2

А2 t2

(Ю)

а „ а° 7

а f о Л ai

32

$-т

a-fo2

А2

(12):

(13)

2п+р-И

где а. - коэффициент преобразования ЦАП 10.

Сопоставляя формулы (1) и (10), можно отметить, что при соблюдении равенств

(11);

о .

будет выполняться соотношение, выражающее прямо пропорциональную зависимость выходного напряжения Квых генератора от значения функции (1), аргумент которой представлен временем t

ивых-0 Y,(14)

коэффициент масштабирования.

К моменту окончания длительности т импульса выходное напряжение 11Вых генератора согласно формуле (10) достигнет конечной величины,равной

и - „ . д а f° AI г + а f° А2 ивых - а -АО iт ±

2п

п+рН-1

т2

5

15

20

25

OQ35

40

45

50

Ю

05)

Учитывая выражение (3), формулу (15) представим в виде

..

(16)

Из формул (10) и (16) следует, что наряду с независимым друг от друга выбором г и Т, что обеспечивается соответственно независимым выбором М;г и К, имеется возможность получать различные начальные и конечные значения ивых путем выбора величин кодовых уставок А0, At и А2, т.е. формировать импульсы, у которых параболическую форму могут принять либо передние (фиг.2а,б), либо их задние фронты (фиг. 2д,е), либо их вершины (фиг.2в,г,ж,з), причем различной выпуклости.

В момент окончания длительности г выходного импульса импульс с выхода второго счетчика 9, определяющий этот момент, производит установку в нуль счетчика

1результата, подготавливая генератор к формированию очередного выходного импульса (цепь сброса счетчика 1 результата не показана).

Упоминаемые ранее режимы работы счетчиков 1 и 3 на сложение либо на вычитание устанавливаются заранее, исходя из того, какую ветвь параболы необходимо воспроизводить - восходящую либо нисходящую, при этом выпуклую вниз либо вверх. Учитывая, что знаки полярности первой и второй производных однозначно определяют форму любой ее ветви независимо от сочетания знаков полярности перед ее коэффициентами, то при положительном знаке полярности первой производной, т.е. при воспроизведении восходящих ветвей параболы различной выпуклости (фиг.2а-г), счетчик 1 результата необходимо устанавливать в режим сложения, а при отрицательном знаке полярности (нисходящие ветви - фиг.

2д-з) - в режим вычитания.

При положительном или отрицательном знаке полярности второй производной, т.е. при воспроизведении ветвей параболы выпуклых вниз ( перед коэффициентом 32 - фиг.2а,в,д,ж) либо вверх (знак - перед коэффициентом 32 - фиг. 2б,г,е,з), счетчик 3 импульсов необходимо устанавливать в режим сложения, если при этом в пределах

воспроизводимой ветви параболы полярность произведения знаков полярности первой и второй производных положительна, и в режим вычитания если отрицательна. Иными словами, режим работы счетчика 3 импульсов определяется знаками полярности обеих производных, а не одной, как у счетчика 1 результата. Следствием вышеприведенного является то, что при воспроизведении параболы, выпуклой вниз, режимы работы счетчиков 1 и 3 должны быть одноименными - оба на сложение в случае воспроизведения восходящей ветви либо оба на вычитание в случае нисходящей, а для параболы, выпуклой вверх, - разноименными - счетчик 1 результата на сложение, а счетчик 3 импульсов на вычитание в случае воспроизведения восходящей ветви либо наоборот в случае нисходящей.

Путем выбора значений кодовых уставок АО, AI и А2 при фиксированной длительности г выходных импульсов можно изменять крутизну их выпуклости, формируя втом числе и импульсы, формы которых собраны для упрощения в один ряд на фиг. 2 и, отличающиеся от предшествующих тем, что первые производные в начале или конце восходящих либо нисходящих ветвей парабол не равны нулю.

С целью получения либо положительных, либо отрицательных импульсов ЦАП 10 выполняется биполярным, а на его управляющий вход, соединенный с дополнительной шиной 13 управления, подается либо высокий, либо низкий логические уровни. С целью же получения разнополярных импульсов используется триггер 12 знака, выход которого подключается к управляющему входу биполярного ЦАП 10, а счетный вход - к выходу второго счетчика 9 импульсов, с каждым выходным импульсом которого триггер 12 знака переходит в противоположное состояние, в результате чего возникает чередование полярностей выходных импульсов.

Таким образом, благодаря новым связям и возможности установки различного сочетания режимов работы счетчиков 1 и 3 обеспечивается с учетом масштабирования аппаратурная реализация формирования импульсов различной полярности, соответствующих любому заданному участку параболы, причем временные параметры выходных импульсов могут формироваться независимо в широких пределах.

Формула изобретения

1. Генератор импульсов параболической формы, содержащий генератор импульсов опорной частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, и цифроаналоговый преобразователь, отличающийся тем, что,

с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения формирования импульсов, соответствующих любому заданному участку параболы, в него введены счетчик результата, двоичный умножитель, выход которого соединен со счетным входом счетчика результата, преобразователь кода в частоту, выход которого соединен со счетным входом двоичного умножителя, ключ, информационный вход

которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выход - с входами преобразователя кода в частоту и двоичного умножителя, и второй счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с

выходом ключа, причем выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены соответственно с управляющим и блокирующим входами ключа, кодовый вход цифроаналогового преобразователя соединен с кодовым выходом счетчика результата, выход соединен с выходной шиной, управляющие входы счетчика результата, двоичного умножителя, преобразователя кода в частоту и второго счетчика импульсов

соединены соответственно с первой, второй, третьей и четвертой шинами управления, при этом двоичный умножитель содержит поразрядно соединенные кодовыми шинами счетчик импульсов и преобразователь кода в частоту, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом двоичного умножителя, счетным и управляющим входами которого являются соответственно счетный и управляющий входы

счетчика импульсов.

2.Генератор поп.1,отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения формирования импульсов любой полярности цифроаналоговый преобразователь выполнен биполярным, а его управляющий вход соединен с дополнительной шиной управления.

3.Генератор по п.2, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения формирования импульсов не только постоянной, но и чередующейся полярности, в него введен триггер знака, счетный вход

которого соединен с выходом второго счетчика импульсов, а выход - с управляющим входом цифроаналогового преобразователя.

I/fax.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения формирования импульсов, соответствующих любому заданному участку параболы, а также за счет обеспечения формирования импульсов любой полярности. Для достижения поставленной цели в генератор, содержащий генератор 7 импульсов опорной частоты, счетчик 8 импульсов и цифроаналогрвый преобразователь 10, введены счетчик 1 результата, двоичный умножитель 2, включающий счетчик 3 импульсов и преобразователь 4 кода в частоту, преобразователь 5 кода в частоту, ключ 6, счетчик 9 импульсов, а также триггер 12 знака и дополнительную шину 13 управления. Импульсы на выходе двоичного умножителя 2 имеют изменяющуюся частоту благодаря изменению кода в счетчике 3. Код в счетчике 1 при этом меняется по параболическому закону. Счетчики 8 и 9 задают .соответственно период и длительность выходных импульсов. По шинам 14-17 задаются параметры формируемых импульсов. По шине 13 можно управлять полярностью выходных импульсов, а триггер 12 обеспечивает чередование полярности. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. со с

Ж

/

Фиг. г

Л

-i

- t