Цифровой генератор синуса Советский патент 1977 года по МПК G06F1/02 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использо{зано для построения прецизионных программируемых генераторов синусоидальных колебаний. Известны генераторы синусоидальных колебаний, содержащие генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов и преобразователь кодов 1J , L 2 j. В качестве преобразователей кодов используются дешифраторы совместно с накопителями информации или- комбинационные коммутирующие блоки. Недостатком генераторов этого типа являются большие аппаратурные затраты. Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровой генератор синуса, содержащий генератор тактовых импульсов и цифро-аналоговый преобразователь З. Такой генератор, как и другие известные генераторы, требует использован ЗУ совместно с адресующим блоком.При этом емкость ЗУ увеличивается Q увеличением точное и приближения формы генерируемых колебаний к синусоидальному сигналу.Кроме тоге необходима предварительная запись информации или программирования ЗУ. Наличие жесткой программы сокращает функциональные возможности генератора, например возможности изменения числа выборок (или шага дискретизации) в широких пределах в зависимости от точности воспроизведения CHIV нала и частоты колебаний. Для регулировки начальной базы колебаний необходимо дополнительное устройство управления схемой выборки адреса. Целью изобретения является упрощение устройстра и расширение его функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что предложенный генератор содержит два элемента задержки, блок умножения и сумматор. Выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовым входам элементов задержки. Выход первого элемента задержки подключен ко входу второго элемента задержки и блока умножения, выход блока умножения - к прямому, а выход второго элемента задержки - к инверсному входу сумматора, выход которого подключен ко входу первого элемента задержки и входу цифрси аналогового преобразователя . Схема устройства представлена на fepтеже. Генератор содержит элементы задержки 1, 2, блок умножения 3, сумматор 4, ЦАП 5 и генератор тактовых импульсов 6, стройство работает следующим образом Сигнал и (т) (,i,2...- текущий номер такта или автоматное время), поступаю™ ший на вход элемента цифровой задержки 1, задерживается в нем на один такт. ПерИ од такта определяется генератором 6. С вы хода элемента 1 сигнал U ( Ш - 1) поступает на элемент 2, вновь задерживаясь в нем на один такт, а также на блок умножения 3 с коэффициентом умножения 2а. Сигналы 2aU (m- 1) и и ( tw- 2) с выходов блока умножения 3 и элемента 2 посту пают соответственно на прямой и инверсный .входы сумматора 4, на выходе которого образуется сигнал 2а Ij (rff- 1) - U ( m-2) Этот сигнал поступает на один из входов элемента 1. Другой вход элемента служит для задания необходимых начальных условий U(0),ir(l ).С выхода сумматора дискретные значения сигнала в цифровой форме поступают на вход ЦАП 5 и преобразуются в аналоговую форму. Синхронизация цифровой части устройства осу ществляется генератором 6. Часть схемы, выделенная на чертеже пунктирной линией, описывается линейнымразностным уравнением; U(m) 2atJ(m-l)-U(m-2)(1 U(m-2)-2aU(№-OtU(m) 0( Решение уравненгля (2) при начальных условияхи(0)-и„б1гг9 и(1) Uo 4n{e +0)(3 имеет вид U(tti) Up6ih {ttt 0i-0) {4 где UQ - амплитуда колебаний; QO - начальная фаза; О сягссоб О1 а ГС bin лм - о -шаг дискретизации сигнала. Таким образом, устройстве генерирует дискретные значения синусоидального коле бания в последэвательные. моменты времен m 0,1,2,,.....

Для рбеспечения малой погрешности, дискретизации сигнала необходимо выбрать шаг дискретисации б 1. В этом случае

в VF.(S)

Полагая а 1 -Ъ, 1, величину & предст..вим в виде 0 ,

Формула изобретения

55

Цифровой 1енератир синуса, сшержащил 1 енератор тактовых импульсов и иифро- ана логовый преобразователь, о т л и ч а ю ш и и с я ieM, что, с пельн) упрони ния Частота генерируемых колебаний опредеяется выражением 2л-2fr где Г - частота генератора 6. В соответствии с выражением (3) для .ждения в генераторе синусоидальных колебаний с заданной амплитудой Ug и началь-ной фазой 0Q необходимо подать на элемент 1 в начальный момент времени m О сиг« нал п QQ ив момент времени т 1 сигнал (). Предлагаемый генератор не требует при- менения ЗУ большой емкости. Для возбуждения колебаний с заданными параметрами необходимо предварительное запоминание только двух значений сигнала, соответствую юших начальным условиям и(0)и U (1). В генераторе обеспечиваются широкие функциональные возможности управления параметрами колебаний. Частота колебаний может быть отрегулирована не только путем изменения частоты Р тактового генератора, но также путем изменения шага дискретизации 0 (или числа выборок за период колебаний) s зависимости от требуемой точности воспроизведения сигнала и частоту ного диапазона. Шаг дискретизации &, определяемый выражениями (5), (6), зависит только от коэффициента умножения Of (или коэффициента b ) блока умножения. Кроме того, в генераторе .обеспечивается возможность изменения амплитуды и начальной фазы колебаний путем соответствующего выбора начальных условий. Экспериментальная проверка подтвердила возможность практической реалисзации цифрового генератора с высокими техническими характеристиками. Как показали результаты эксперимента, для генератора, построенного в виде двенадцатиразрядного цифрового устройства, отклонение формы колебаний от синусоидальной в любой момент времени не превышает 1, 9%. Полученная погрешность обусловлена погреш ностью округления, возникаюш.ей в устройстве умножения при умножении целого знаЧ1 ния функции и ( № ) на дробный коэффициент О( . При увеличении числа разряаов логических узлов генератора эта погрешность может быть снижена до любой наперед заданной величины,

устройства, оно содержит два элемента задержки, блок умножения и сумматор, выход генератора тактовых импульсов подключен ко входам элементов задержки; выход первого элемента задержки подключен ко входу второго элемента заде1.)жки и блока умножения, выход блока умножения ПОДКЛЕО- чен к прямому, а выход второго элемента задержки - к инверсному входу сумматора, выход которого подключен ко входу первого

элемента задержки и входу цифро- лшлог1 BDio преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР j№ 399851, кл. Q 06 Г 1/02, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 419896, кл. G 06 Р 15/34, 1971.

3.Патент США № 3633017, кл. 235-156, 07.01.70.