Функциональный генератор Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике. Известен функциональный генератор содержащий задающий генератор импул сов, соединенный с пересчетным устройством, логические элементы И и ИЛИ, реверсивный счетчик, выходы которого подключены к разрядным входам цифроаналогового; преобразователя, коммутатор и блок управления 13 . Недостатком этого генератора является низкая точность. Наиболее близким к предлагаемому является Функциональный генератор, содержащий резисторную матрицу R-2R, выход которой является выходом генератора, п число-импульсных преобразователей, разрядные входы каждого из которых являются входами задания приращения генерируемой функции времени функционального генератора, а входы задания опорной частоты являют ся, входами задания крутизны генериру мой функции времени функционального генератора, элемент ИЛИ, входы кото рого соединены с информационными выходами число-импульсных преобразователей, выход окончания преобразования каждого из число-импульсных преобразователей, кроме п-го,соединен со входом запуска следующего по номеру число-импульсного преобразователя, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ, а вторые входь являются соответственно входами задания положительного и отрицательного знаков приращения генерируемой Лункци времени-функционального генератора, Nразрядный реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, запоминающее устройство и синтезатор переменной частоты 2J . Недостатком такого генератора является низкая точность, обусловленная выбросами непрерывного сигнала на выходе матрицы R-2R из-за неоднозначности информации на цифровых входах при переходе с одного квантового уровня на другой. Неоднозначность возникает из-за свойства двоичного кода при измерении на единицу младшего разряда инвертировать содержимое во многих разрядах. Особенно ощутимы выбросы при переходе от значения на и наоборот, так как инвертируется содержимое всех разрядов. Выбросы выходного напряжения могут достигать половины шкалы выходных напряжений. Цель изобретения - повышение точности функционального генератора за счет уменоиения выбросов выходного напряжения. Эта цель достигается тем, что функциональный генератор, содержащий резисторную матрицу R-2R, выход которой является выходом генератора, п число-импульсных преобразователей, разрядные входы каждого из которых являются входами задания приращения генерируемой функции времени функционального генератора, а входы задания опорной частоты являются входами зада ння крутизны генерируемой функции вре мени функционального генератора, элемент ИЛИ, входы которого соединены с имформациоымьош выходами число-импульсных преобразователей, выход око чания преобразования каждого из число импульсных преобразователей, крсжле п-го, соединен со входом запуска сле дующего по номеру число-импульсного преобразователя, первый и второй элементы И, первые входы которых соедине ны с Выходом элемента ИЛИ, а вторые входы являются соответственно входами задания положительного и орицательно го знаков приращения генерируемой функции времени функционального генератора, N-разрядный реверсивный счетчйк, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, дополнительно содержит N сумматоров по модулю два, N+1 трехпозиционных аналоговых ключей, а реверсивный счетчик выполнен двуступенчатым и состоит из основной и вспомогательной групп триггеров, входал триггеров основной группы соединены с выходами триггеров вспомогательной группы, выход каждого трехпозиционного аналогового ключа соединен со свободны выводом.соответствующего резистора резисторчой матрицы R-2R, первый информационный вход - с шиной нулевого потенциала, второй информационный вход каждого трехпозиционного аналогового ключа, кроме N+1-го, соединён с шиной положительного опорного напряжения, третий информационный вход каждого трехпозиционного аналогового ключа, кроме первого, сое динен с шиной отрицательного опорного напряжения, прямой выход каждого К-го триггера вспомогательной группы начиная со второго, подключен к соответствующему входу каждого из сумматоров по модулю два с номерами, большими N-K, инверсный и прямой выходы N-ro триггера основной группы подключены соответственно к первому управляиицему входу первого трехпозиционного аналогового ключа и ко второ му управляющему входу этого ключа и к входам каждого сумматора по модулю два, первый управляющий вход каждогоК-го трехпозиционного аналогового ключа, начиная со второго и, кроме N+1 -го,соединен с инверсным выходом N-K+2-го триггера вспомогательной группы, второй и третий управляющие входы каждого трехпозиционного аналогового ключа, кроме первого, соединены соответственно с первым и вторым выходами предыдущего по номеру сумматора по модулю два. На чертеже приведена блок-схема функционального генератора. Функциональный генератор содержит п число-импульсных преобразователей 1, ... 1, элемент ИЛИ 2, первый и в торой элементы И 3 и 4, ревеЕ5сивный счетчик 5, выполненный на триггерах 6 и 7 вспомогательной и основной групп N сумматоров 8 . . . 8 f( по модулю два, N+1 трехпозиционных аналоговых ключей 9;, ... 9 резисторную матрицу R-2R 10. Функциональный генератор работает следующим образом. Приращения воспроизводимой на выходе функции времени в соответст-t яукщих зонах аппроксимации задаются двоичными кодами А, А... входе число-импульсных преобразователей кодов 1....1„. Опорная частота, с которой генерируются импульсы на выходе преобразователей (,...1р, задается для каждой зоны аппроксимации внешним источником переменной частоты f,f...f и определяет крутизну воспроизводимой Функции. Для обеспечения большой крутизны Функции в данной зоне аппроксимации число-импульсное преобразование осуществляется с максимальной частотой и, наоборот, при маленьких - крутизна с минимальной частотой. Число-импульсные преобразователи l..., соединены последовательно другс другом таким образом, что конец преобразования заданного кода в первом преобра зователе 1 вызывает запуск второго преобразователя 1 и т.д. Выходы всех число-импульсных преобразователей 1(...,1п подключены ко входам элемента ИЛИ 2, на выходе которого последовательно генерируются импульсы, числом и частотой соответствующие зонам аппроксимации, воспроизводимой функции времени. С помощью элементов И 3 и 4 эти импульсы в соответствии со знаком приращения подаются либо на суммирующий, либо на вычитающий вход реверсивного счетчика 5. Прямой счет обеспечивает возрастание, а отрицательный счет - убывание воспроизводимой функции времени. Двуступенчатый реверсивный счетчик 5 работает в режиме генерирования кода Грея.Это позволяет осуществлять цифроаналоговое преобразование не нормального, а отраженного двоичного кода кода Грея), в результате. lero при переходах от числа к числу информация изменяется только в одном разряде. Кроме этого, неоднозначность в одном разряде кода Грея гораздо менее опасна, чем в нормальном двоичном коде, так как его влияние не зависит от веса разряда и не превьшает веса младшего разряда. В результате при использовании кода Грея практически исключается неоднозначность переходов и связанные с ней выбросы выходного напряжения и дополнительные погрешности функционалного преобразования.

Преобразование кода Грея в непрерывный сигнал осуществляется с использованием обычной резисторной матрицы R-2R 10, при этом число разрядов матрицы на один больше двоичных разрядов кода Грея. Это вызвано особенностью суммирования весов в коде Грея. Например, если в нормальном дво коде разрядные веса имеют значения , 2П-2. ..2,2,2«,2 (в нашем случае число разрядов равно 4 и, следовательно - 2,2 ,2 ,2°), то в коде Грея веса имеют значения 2, 2...2,2,2 (в нашем случае 2, 2 ,2,2). В коде Грея веса имеют разные знаки, положительные для данного разряда, если число единиц во всех ста(Х1ШХ относительно его разрядах четное, и отрицательное, если число единиц нечетное. Кроме этого, при цифроаналоговом преобразовании в коде Грея с указанными выпе весами возникает необходимость в формировании дополнительного (корректирующего) разряда, вес которого -1, если число единиц во всех основных разрядах нечетное и О, если число единиц четное. Соответствия 4-х разрядного цифроаналогрвого преобразователя кода Грея, работающего по рассмотреному принципу, приведена в таблице.

8 О

6 О О О О О О О О 1 1 1 1 1 1 1 1

4 О О 1 1 1 1 О

2

о

О

О О О

1 1 о о 1 1 о о 1 1 о о 1 1 о

2

4-2

4

1 1 1 1 1 1 1 1 о о о о

8-4

8-4+2

8-2

8

о о о 1 1 1 1 о о

16-8

16-8+2

16-8+4-2

16-8+4

16-4

16-4+2

16-2

16 Отрицательный знак разрядных весов обеспечивается с помощью аналоговых ключей 94/. .9«( + путем коммутации на матрицу R-2R 10 отрицательного опорного напряжения Уэт-Так как кроме этого на матрицу должны быть прокоммутированы положительное эталонное напряжение нулевой потенциал, то ключи 9 , должн быть трехпозиционнымн. Ключ 9,( ,. . .9м+ переводится в первую позицию (к резистору 2R матрицы

о 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15 10 подключается шина нулевого потенциала) , если в соответствующем разряде кода Грея записан О. Во вторую позицию (к резистору 2R матрицы 10 подключается UJT) он переключается, если число единиц во всех старших раэ рядах относительно данного четное , а в третью позицию (к резистору 2R матрицы 10 подключается -U) в том случае, если число единиц нечетное. Очевидно, условием для перевода ключей 9 ... , вторую н третью позицию должно являться наличие 1 в соответствукадих разрядах кода Грея Сумматоры по модулю два .,,8| опре деляют четность (нечетность)единиц в разрядас кода Грея. Число входов сумматора определяется числом прозеряемых единиц, т.е. тем, сколько име ется разрядов старших по отношению к данному разряду. Таким образом, в предлагаемом функциональном генераторе последоват льно формируются двоичные числа в ко де Грея в пределах значений, определяеъалх величинами приращений в зонах аппроксимации, а затем осуществляется цифроаналоговое преобразование. Это позволяет повысить точность воепроизведения функций времени по срав нению с известным за счет уменьшения выбросов выходного сигнала, обусловленных неоднозначностью двоичных кодов.. Высокая точность воспроизводимых динамических сигналов улучшает качество цифрового управления и повьвиает надежность функционирования автомати зированных систем управления технологическими процессами, совместно с которым предусмотрена работа предлагаемого генератора. Формула изобретения Функциональный генератор, содердащий резисторную матрицу R-2R, выход которой является выходом генератора,п число-импульсных преобразователей, разрядные входы каждого из которых являются входами задания при ращения генерируемой функции времени функционального генератора, а входы задания опорной частоты являются входами задания крутизны, генерируемой Аункции времени функционального генератора, элемент ИЛИ, входы которого соединены с информационными выходами число-импульсных преобразователей, выход окончания преобразования каждого из число-импульсных преобразователей, кроме п-го, соединен со входом запуска следующего по номеру число-импульсного преобразователя, первый и второй элементы и,первые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ,а вторые входы являются соответственно входами задания положительного и отрицательного знаков приращения генерируемой функции , времени функционального генератора, N гразрядный реверсивный счетчик, суммирукнций и вычитающий входам которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И,, отличающийся тем, что/ g иЬлью повышения точности, он содержит N сумматоров по модулю два, N4-1 трехпозиционных аналоговых ключей , а реверсивный счетчик выполнен двуступенчатым и состоит из основной и вспомогательной групп триггеров, входы триггеров основной группы соединены с выходами триггеров вспомогательной группы, выход каждого трехпозиционного аналогового ключа соединен со свободным выводом соответствующего резистора резисторной матрицы R-2R, а первый информационный вход - с шиной нулевого потенциала, второй информационный вход каждого трехпозиционного аналогового ключа, кроме N+1-го, соединен с шиной положительного опорного напряжения, третий информационный вход каждого трехпозиционного аналогового ключа, кроме первого, соединен с шиной отрицательного опорного напряжения, прямой выход каждого К-го триггера вспомогательной группы, начиная со второго, подключен к соответствующему входу каждого из сумматоров по модулю два с номерами, большими N-K, инверсный и прямой выходы N-ro триггера основной группы подключены соответственно к первому управляющему входу первого трехпозиционного аналовогэ /ключа и ко второму управляющему входу этого ключа и к входам каждого сумматора по модулю два, первый управляющий . вход каждого К-го трехпозиционного аналового ключа, начиная со второго и, кроме N+1-го, соединен с инверсным выходом N -К+2-ГО триггера вспомогательной группы, второй и третий управляющие входы каждого трехпозиционного аналогового ключа, кроме первого, соединены соответственно .с первым и вторым выходами предыдущего по номеру сумматора по модулю два. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 452095, кл. G Об G 7/26, 1975. 2.Патент США 3822380,кл.235-197, орублик.1975 (прототип).

/п