Функциональный генератор Советский патент 1980 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к вычисли(тельной технике и может быть использовано при построений цифрраналоговых вычислительных и моделирующих устройств.5

Известен нелинейный преобразователь для вычисления степенных полиномов, содержащий п последовательно соединенных интеграторов и блоки весовых коэффициентов, через которые.выход каждого из интеграторов соединяется с сумматором. При подаче на вход первого интегратора образцового напряжения, на выходе п-го сумматора генерируется зависимость вида |5

,.K% ... . :

i-o

где X - время от начала работы до момента, когда на выходе фиксируется величина у (1), ,20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вычислитель степенных полиномов, состоящий из регистра кода х, соединенного с п цифроанёшоговыми множитель- 25 ными устройствами, п cyvwaTopoB, п + 1 цифроаналогового преобразователя , каждый из которых соединен со своим регистром. Вход первого цифроаналогового множительного устройства JQ

соединен с выходом первого цифро аналогового преобразователя, входы остальных соединены с выходами соответствующих сумма:торов, кроме п-го сумматора,,. выход, которого является выходом устройства. Выходы всех цифроаналоговых множительных устройств соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответствукяцих цифроаналоговых преобразователей.

Устройство реализует вычисление зависимости по схеме Горнера 2 . недостаток устройства - сложность, так как число злементов определяется степенью полинома п. Кроме того, для воспроизведения нескольких функций необходимо хранить коды их коэффициентов в дополнительном внешнем устройстве и трудно реали7 эовать полиномы со (знакопеременными коэффициентами, так как это требует коммутировать полярности выходного напряжения п + 1 цифроаналогового преобразователя.

Цель изобретения - упрощение функционального генератора и его настройки, а также расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается 1тем, что известный функциональный генератор, содержащий регистр, цифраналоговое множительное устройство, подключенное выходом к первому входу сумматора, снабжен двухполярным источником опорного напряжения, первым и вторым аналоговьо и запоминающими устройствами, пятью ключами устройством управления, аналоговый вход цифроанало1ового множительного устройства соединен через первые два ключа с соответствующими выходами двухполярного источника опорного напряжения и, через третий ключ - с выходом функционального генератора и выходом первого аналогового запоминающего устройства,вход которого через четвертый ключ соединен с выходом сумматора, второй вход сумматора связан с выходом второго аналогового запоминающего устройства, вход которого через пятый ключ соединён с выходом цифроаналогового множительного устройств подключенного цифровыми входами к цифровым выходам устройства управления, вторая группа информационных входов которого соединена с регистром, запускающий вход устройства управления соединен с шиной запуска и является входом запуска устройства.

Устройство управления содержит блок памяти, счетчик, счетный триггер и RS-триггер, генератор тактовых импульсов, элемент задержки, элементы И, ИЛИ, НЕ, цифровой коммутатор, первая группа информационных входов которого.является группой информационных входов устройства управления, вторая группа информационных входов цифрового коммутатора соединена с первой группой информационных выходов блока памяти, группа цифровых выходов цифрового коммутатора является группой цифровых выходов устройства управления, а управляющие входы цифрового коммутатора соединены с выходами счетного триггера, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам блока памяти, выход которого соединен с первъзм входом первого элемента И и через элемент НЕ - с первым входом второго элемента И, вход счетчика .соединен с первым выходом счетного триггера и вторыми входами первого и второго элементов И, первый выход счетчика йодключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с запускающим входом устройства управления, входом элементе и входом установки счетного триггера, инверсный вход RSтрйггера соединен с выходом эл емёнТа ИЛИ, прямой вход - с выходом элемента задержки, а выход RS-триггера подключен ко входу генератора тактовых импульсов, соединенного выходом с тактовым входом счетного триггера и - к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом счетного 5 триггера и является пятым управляющим выходом устройства управления, выход третьего элемента И соединен со входом второго элемента НЕ и является третьим управлякяцим выхоO дом устройства управления, выход

второго элемента НЕ является четвертым управляющим выходом устройства управления, выходы первого и второго элементов И являются соответственно

5 первым и вторым управляющими выходами устройства управления.

Наличие только одного цифроаналогового множительного устройства и одного сумматора вместо п аналоQ гичных устройств, которые необходимы для реализации полинома п-й степени, существенно упрощает устройство функционального генератора и уменьшает количество настраиваемых прецизионных элементов, определяющих точность воспроизвег.ения функций. Двухполярный источник опорного напряжения позволяет воспроизводить полиномы со знакопеременными коэффициентами, а наличие блока памяти

0 дает возможность увеличить количество воспроизводимых полиномов. Автономное устройство управления упрощает эксплуатацию функционального генератора, а реализация его на

5 современной элементной базе не встречает существенных затруднений.

На чертеже показана структурная схема функционального генератора. Функциональный генератор содерп жит регистр 1, цифроаналоговое множительное устройство 2, выход которого подключен к первому входу сумматора 3, двухполярный источник 4 опорного напряжения, два аналоговых запоминающих устройства 5, б,

пять ключей 7-11, устройство 12 управления, содержащее блок 13 памяти, цифровой коммутатор 16, эле- . мент Ю1И 17, второй вход которого соединен со входом 18 запуска устройства управления, элемент 19 задержки, RS-триггер 20, генератор 21 тактовых импульсов, первый элемент И 22f первый элемент НЕ 23, второй и третий элементы И 24, 25

5 и второй элемент НЕ26.

Алгоритм работы функциональнрго генератора при реализации зависимости 1) следующий.

С подачей пускового импульса ни

0 вход 18 триггеры 20 и 14. устанавлива тся в нулевое состояние. .При этом блокируется генератор 21 тактовых импульсов, ключи 9, 10, 11 разомкнуты, так как,на их управляющие входы

5 подаются запирающие потенциалы логического нуля с элементов 22, 24 и 25 соответственно. Ключи 7 и 8 замкнуты, что соответствует режиму записи аналоговых запоминающих устройств 5 и 6, На выходе цифроана логового множительного устройства вырабатывается нулевое напряжение, которое через ключ 7 заносится в аналоговое запоминающее устройство и через сумматор 3 и ключ 8 - в ана логовое запоминающее устройство 6. В течение нулевого такта, длительность которого определяется элементом 19 задержки, функциональный преобразователь приводится в исходное состояние. По истечении времени задержки, импульс с выхода элемента 19 устанавливает триггер 20 в единичное состояние. При этом запускается генератор тактовых импульсов и вырабатывается первый тактовый импульс, .который устанавливает счетный триггер 14 в единичное состояние, В счетчик 15 записывается код степени а в регистр 1 - код числа X, При этом в блоке памяти выбирается код коэффициента а, который через коммутатор 16 поступает на цифровыевходы множительного устройства 2. Знаковый разряд этого кода подключе ко входам элементов 25 и 26 устройства управления клюЧс1Ми 10, 11, В зависимости от знака коэффициента Зц замыкается один из ключей 10 или 11 и на аналоговый вход множительного устройства 2 поступает опорное напряжение соответствующей, полярности, В этом такте ключи 7 и разомкнуты, а ключ 8 замкнут, и нап жение, пропорциональное коэффициенту с выхода множительного устро ства 2 через сумматор 3 и ключ 8 за писывается в аналоговое запоминающе устройство 6 (на второмвходе сумма тора поддерживается нулевое напряже ние с выхода запоминающего устройст 5), Во втором такте триггер 14 устанавливается в нулевое состояние, что определяет разомкнутое состояние ключей 8 и iO, 11 и замкнутое состояние ключей 7 и 9 Цифровые входы множительного устройства 2 соединяются через коммутатор 16 с регистром 1, а аналоговый вход - с выходом запоминающего устройства 6, При этом происходит умножение коэффициента aq, записанного в запоминающем устройстве 6, на код X, Iзаписанный в регистре 1, и результат перемножения заносится в запоминающее устройство 5. В третьем такте код счетчика уменьшается на единицу, а в блоке памяти выбирается очередной коэффициент а и повторяются операции первого такта, с той разницей, что в запоминающее устройство 6 заносится значение коэффициента а , J просумированнве с , находящемся в запоминающем устройстве 5, В каждом нечетном такте к ранее вычисленному значению, находящемуся в запоминающем устройстве 5, прибавляется значение очередного коэффициента и результат заносится в запоминающее устройство 6, Б четном такте значение полинома, находящееся в запоминающем, устройстве 6, умножается на X. В начале (2п4)го такта счетчик обнуляется и вырабатывает импульс, который через элемент 17 поступает на вход уста- новки в нуль триггера 20. При этом блокируется генератор тактовых импульсов, ключи 8 и 10, 11 замкнуты, а из блока Пси«1яти выбирается коэффициент ар и его значение суммируется со значениями полинома, находящемся в запоминающем устройстве 5, Сумма записывается в . запоминакяцее устройство 6. На таблице замкнутое и разомкнутое состояние ключей обозначено соот:эетственнр через 1 и О,

2п Эо

п 1 п Ца;:

«« лгО Вид функциональной зависимости, которая реализуется предлагаемым функциональным генератором, определяется алгоритмом работы устройства управления. Возможны и другие реализации, однако большинство применяе мых на практике функциональных зависимостей, подлежащих реализации, может быть с требуемой точностью Н|51ёдйтай лейо в ввде стёпённызг полбиномов. Если в блок пгдаяти записать коэффициенты полиномов, аппроксимирупщих требуемые функции, то последн MoJryT бйТь иоспроизведены предлагаемым (; ункциональньлл генератором. Коли чество воспроизводимых функций определяется информационной емкостью бло ка памяти. Изменить набор воспроизводимых функций можно путем перепрог ргшмировакия блока памяти без какойлйоо подстройки остальных эЯёМёНтОв Функциональный генератор содержит нёболЬиОе количество аналоговых узло что «озволяет применить в них прецизионные злементы без существенного уЬИОЖНения и удорожания конструкции и эначительно упростить настройку На современных операцйбнньш элементов, усилителей и аналоговых ключей предлагаемый генера т Ор может реализовать полиномы 4степени с приведенной погрешностью менее 1% при времени реализации 100-150 МКС. Формула изобретения 1. Функциональный генератор, сод жащи11 регистр, сумматор и цифроана ilbi iSBue множительное устройство, под кШчЕеННОе выходом к первому входу сумматора, отличающийся тем, что, с целью упрощения функцио нального генератора, он содержи д&ухполяриый источник опорного нёпр жёйия, первое и второе аналоговые запоминающие устройства, пять ключе и устрюйство управления, первый, второй и третий, четвертый и пятый управляющие выходы которого соедине соответственно с управляющими входам пяти ключей, аналоговый вход цифро аналогового множительного устройств сбёдййен через первые два ключа с соо тввтствуюцими выходами двухполяр ного источника опорного напряжения через третий ключ - с выходом функционального генераторами выходом пе го аналогового зйпомингиощего устройства, вход которого через четвер тый ключ соединен с выходсм суммато ра, второй вход сумматора связан с выходом второго аналогового запомиг накздего устройства, вход которого через пятый ключ соединен с выходом циф1 ааналогового множительного устройства, подключенного цифровыми входгмя к цифровьм выходем устройртва уйравления, вторая группа информационных входов которого соединена с регистром запускающий вход устройства управления соединен с шиной запуска и является входом запуска устройства, 2, Генератор по п. 1, отличающийся тем, что, устройство управления содержит блок памяти, счетчик, счетны11 триггер и RS-триггер. Генератор тактовых импульсов, элемент задержки, элементы И, ИЛИ, НЕ и цифровой коммутатор,причем первая группа информационных входов цифрового коммутатора является группой информационных входов устройства управления, вторая группа информационных входов цифрового коммутатора соединена с.первой группой информационных выходов блока памяти, группа цифровых выходов цифрового коммутатора- является группой цифровых выходов устройства управления, а управг ляющие входы цифрового коммутатора соединены с выходами счетного триггера, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам блока памяти, вЫхОд которого соединен с первым входом первого элемента И и через элемент НЕ - с первым входом второго элемента И, вход счетчика соединен с первым вьаходрм счетного триггера и вторыми входами первого и второго элементов И, первый выход счетчика подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с запускающим входом устройства управления, входом элемента задержки и входом Остановки счетного триггера, инверсный вход RS-триггера соединен с выходом элемента ИЛИ: прямой вход - с выходом элемента задержки, а выход RS-триггера подключен ко входу генератора тактовых импульсов, соединенного вьисодом с таКтовыМ входом счетного триггера и-к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом счетного триггера и является пятым управляющим выходом устройства управления. Выход третьего элемента, И соединен со входом второго элемента НЕ и является третьим йшравляющим выходом устройства управления, выход второго элемента НЕ является четвертым управляющим выходом устройства управлейия, выходы первого и второго элементов И являютря соответственно первым и вторым управляющими выходёили устройства управления. Источники информации, приняты во внимание при экспертизе 1,Авторское с видетельство СССР 87338, кл. G 7/26, 1.948. .2. Алексеев Г,И. Воспроизведение функции средствами цифроаналоговой вычислительной техники. Минск, Наука и техника , 1976, с. 202,203 (прототип) .