Цифровой функциональный генератор Советский патент 1981 года по МПК G06F1/02 

Изобретение огносигся к вычислительной технике и может быть использовано в цифровой измерительной аппаратуре инфранизких частот, в системах автоматического управления. Известны цифровые генераторы функций которые используют ступенчатую аппрок симацию при воспроизведении функций и содержат опорный генератор тактовой час тоты, преобразователь код-частота, форми рователь периода функций, блок управления, формирователь неравномерной импульсной последовательности, реверсивный счетчик, триггер реверса, дешифратор считывания информации счетчика, квантователь функций, программный атгенюа-.тор воспроизводимой функции Ц . Однако известные устройства не позволяют реализовать параллельный выход синусоидального и косинусоидального сигналов.. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой функциональный генератор, который содержит опорный генератор тактовой частоты, подключенный к входу преобразователя кода в частоту, формирователь периода функций, блок управления, выходы которого соединены с соответствующими входами опорного генератора тактовой частоты, преобразователя кода в частоту, формирователя периода функций 2. Однако известный генератор не позволяет получать в качестве выходных сигналов косинусоидальные и синусоидальные колебания одновременно, кроме того он не позволяет получать мгновенные значения функций косинуса .-f минуса. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора, заключающегося в возможности одновременного форм1фования функций синуса и коси-, нуса я получения мгновенных значений этих функций. Указанная цель достигается тем, что цифровой функциональ 1ый генератор, содержащий опорный генератор тактовой частоты, преобразователь кода в чрсготу.

формирователь периода, блок утфавления, причем выход опорного генератора тактовой частоты подключен к частотному входу преобразователя кода в частоту, кодовый вход которого подключен к первому выходу кода управления блока управления, первый выход запуска которого подключен к управляющему входу опорного генератора тактовой частоты, кодовый вход формирователя периода подключен ко второму вы- JQ ходу кода управления блока управления, он содержит генератор одиночных импульсов, элемент ИЛИ, распределитель, блок

памяти, регистр октантов, коммутатор и два цифроаналоговых преобразователя,jj

причем выходы преобразователя кода в частоту и генератора одиночных импульсов соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к частотным входам формирователя периода и распреде- до лителя, выход формирователя периода подключен к установочным входам распределителя и регистра октантов, выходы pey гистра октантов соединены с управляющшуш входами коммутатора и цифроаналоговых ;,25 преобразователей,выход распределителя

подключен ко входу блока памяти выходькоторого соединены со входами ко ушутаг1. ра,посЯедний выход распределителя соединен со входом первого разряда регист- до ра октантов, выходы коммутагора роецине- ны со входами цифроана могозык преобразователей, вход генератора одиночных импульсов соединен со вторым выходом запуска блока управления.55

На чертеже представлена схема цифро- аого функционального генератора.

Цифровой ф;л-1кииональный генератор содержит опорный генератор 1 тактовой частоты, преобразователь 2 кода в частоту, ,:Q блок 3 уиравпегтя, генератор 4 одиночных шлпульсов, элемент ИЛИ 5, формирователь 6 периода (функций), распределитель 7, блок 8 памяти, регистр 9 октантов, коммутатор 1О кодов, цифроаналого- 45 вые преобразователи It и 12.

Выход опорного генератора I тактовой частоты подключен к входу преобразователя 2 кода в частоту. Выходы блока 3 управления соединены с соответст- gg вутошими входами опорного генератора I тактовой частоты, преобразователя 2, формирователя 6 периода функций, распределителя 7, генератора 4 одиночных импульсов. Выход преобразователя 2 код-часто- 55 та и выход генератора 4 одиночных импульсов подключены через элемент ИЛИ 5 к счетным входам формирователя 6 периода функций и распределителя 7.

Выход формирователя 6 соединен с установочными входами распределителя 7 и регистра 9 октантов. Входы каждого из преобразователей II и 12 соединены через последовательно соединенные блок 8 памяти и коммутатор Ю кодов с одним из выходов распределителя 7, другой выход которого подключен к входу регистра 9 октантов. Выходы регистра октантов соединены с соо таетегвующими входами коммутатора Ю кодов и преобразователей II и 12.

Цифровой генератор работает следующим образом.

Предусмотрено два режима работы; автоколебательный и режим однократного запуска. В случае автоколебательного режима с блока 3 управления подается включающий потенциал на генератор I текговой частоты, с выхода которого равномерная последовательность кварцованных ттпульсов поступает на вход преобразователя 2 . На выходе преобразователя 2 имеет место равномерная импульсная последовательность с частотой, пропорциональной коду управления, установленному в блоке 3 управления, которая через элемент ИЛИ 5 поступает на счетные входы формирователя б периода Ф;/нк1шй и распределителя 7. Формироваталь 6 представляет собой цифровой управляемый делитель частоты, коэффициент деления которого пропорционален коду 5ПГ1равпения и равен числу квантов на период воспроизводимой функции. При постулении в формкровагель 6 количества им.нульсов, равного количеству квантов на -ериод ф нкции, а следовательно, равного л коэффициенту деления частоты формирователя 6, на выходе последнего сформируется импульс, который прюизведет начальную установку распределителя 7 и регистра 9 октантов. Распределитель 7 представляет собой управляемый реверсивный сдвигающий регистр. Шаг сдвига зависит ог шага квантования аргумента фуншхий и задае1х;я кодом с блока 3 управления. На счетный вход распределителя 7 поступает равномерная импульсная последовательность. Импульсы, представляющие 0-1 переходы разрядов распределителя 7, поступают на адресные шины блока 8 памяти. Импульсы, длительность которых равна длительности одного октанта, с выхода кольцевого регистра 9 октантов объединяются схемами дизьюнкции, сигналы с которых тфавляют работой коммутатора 10 кодов и преобразовагелей II и 12. Блок 8 памяти представляег собой постоянное запоминающее .устройство, на одном выходе которого формируются двоичные параллельные коды синуса в пределах одного октанта, на дру пэм выходе - двоичные параллельные коды косинуса. Коды синуса и косинуса углов формируются одновременно и их значение определяется количеством импульсов поступивших на счетный вход распределителя 7 после прихода импульса начальной установки. За один цикл (сдвиг вправо и влево) управляемого реверсивного сдвигающего регистра происходит .Формирование кодов в пределах квадранта, С выходов блока 8 памяти двоичные коды поступгиот на коммутатор |10 кодов. Соотношения slti (45 -Q ) cos (45° +.9 ) cbs(45° -0 )9m(45 + б ) позволяют сформировать коды СИНуса и косинуса, коммутируя исходные отрезки. Так коммутация кодов при .; формировании в пределах углов от 0° до 9О осуществляется при переходе через утхэл 45° . В этот же момент происходит реверс распределителя. Коммутатор 10 кодов управляется сигналами с регистра 9 октантов. Один сигнал осуществляет коммутацию при формирова J JJU-i PV л. ЛЛЛ . Jbl fJl-riJ. J .- . -f .-- - НИИ КОДОВ в пределах первого,-четвертого пятого, восьмого октантов, второй в пределах второго, третьего, шестого, седь,nt,,v,n МОГО OKrtiHlXJti Таким образом, на одном выходе коммутатора 10 кодов формируются параллел ные двоичные коды, соответствующие абсолютным значениям функции синуса, а на другом выходе - коды, соответствующие абсолютным значениям функции косинуса. Преобразователи 11 и 12 осуществ ляют преобразование параллельных двоич ных кодов, соответствующих абсолютным значениям .функций синуса и косинуса в синусоидальное и косинусоицальное напряжения. С целью получения биполярного напряжения 1феобразователи И и 12 управляются сигналами знака функций с регистра 9 октантов. С выхода преобразователей II и 12 снимаются аналоговы сигналы функций синуса и косинуса. В случае работы цифрового генератора в режиме однократного запуска с блока 3 управления подается включающий потенциал на генератор 4 одиночных импульсов и потенциал, з шрещаюший прохождение импульсов, с опорного генератора I тактовой частоты. С выхода генератора 4 импульсы через элемент ИЛИ 5 поступают на счетные входы распределителя 7 и формирователя 6 периода функций. Дальнейшая работа цифрового синусо-кссинусного генератора происходит также как н в автоколебательном режиме. Мгковеиные значения функций (на I -и сгупоци) lia выходе генератора определяются по формулеUi(8) з1и (); Ui (9) UH,- cos(Nfl0) пеу - амплитуда напряжения функций; N - число однократных запусков (количество импулвсов), поступивших на счетный вход распределителя 7 после импульса начальной установки; До - значение угла, соответствующее одному дискрету функций; bifid- текущее значение угла. Таким образом, предлагаемый цифровой генератор позволяет получать одновременно синусоидальное и косинусоицальное напряжение, а также напряжения, соответствующие мгновенным значениям ФУНВДИЙ. Сформированные функции связаны по фазе, что очень существенно. Шаровой генератор позволяет получать также гармонические колебания различной частоты и .с различным шагом квантования. Использование изобретения в измерительной аппаратуре позволяет значительно увеличить точность измерения параметров сигналов объекта исследования. Кроме того, цифровой генератор позво я т параллельно с аналогбвыми сигналаМИ снять с выходов коммутатора 1О кодов параллельные двоичные коды ортогональных функций, а также сигналы знака функций с регистра 9 октантов. Все перечисленные достоинства значительно расширяют функциональные возможности и сферу применения цифрового синусног-Косинусного генератора. Формула изобретения Цифровой функциональный генератор. содержащий опорный генератор тактовой частоты, преобразователь кода в частоту, формирователь периода, блок управления, причем выход опорного генерато- , ра тактовой частоты подключен к частотному входу преобразователя кода в частогу, кодовый вход которого подключен к первому выходу кода управления блока управления, первый выход запуска которого подключен к управлякшему входу опбрного генератора тактовой частоты, кодовый вход формирователя периода подключен ко второму выходу кода управления блока управлешш, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью расширения функгшональных возможностей генератора, эаключакнцегося в возможности одновременного, формирования функций синуса и косинуса и получении мгновенны значений этих функций, он содержиг гене- ратор одиночных импульсов, элелшнт ИЛИ распределитель, блок памяти, регистр ок. тантов, коммутатор и два цифроаналоговы преобразователя, причем выходы преобразователя кода в частоту и генератора оди ночных импульсов соедикень со входами эл 1ента ИЛИ, выход которого подключен к частотным входам (форма с в : ТсЛ1н перио да и распределителя, выхо. формйрова /еля 8 3 . периода подключен к установочным входам распределителя и регис1ра октантов, выходы регистра октантов соединены с управлякнцимн входами коммутатора и цифроаналоговых преобразователей, вы ход распределителя подключен ко входублока памяти, выходы которого соединены со,входами коммутатора, последний выход распределителя соединен со входом перБ01Х) разряда регистра октантов, выходы кош 4ут-атора соединены со входами цифроанапогчэвь5зс пр бразователей, вход генератора одиночных импульсов соединев со вторым выходом запуска блока управ левши Источашси информашш, шэ51Ы5 мц 5,0 .анимаияе гфи экспертизе 1. Смеляков В. В. Цифровая измеpETej b sia аппаратура инфранизких часгга--, й„. Связь, 1976, с. 312, U А.йичурское свидетельство СССР № 5O6S4S, кл. бое F 1/02, 1972 Спротогин}.

1-f

№