Цифровой программируемый генератор сигналов Советский патент 1981 года по МПК H03K3/02 

Изобретение относится к синтезу аналоговых сигналов цифровым методом и может быть использовано как источник сигнала с заданным, программируемым законом изменения в различных областях науки и техники. Известны цифровые функциональные генераторы, содержащие делитель частоты, преобразователь код-напряжение, счетчик столбцов, счетчик строк два дешифратора, схему управления, коэффициентом деления делителя шину входной частоты TlJ. Однако этот функциональный генератор позволяет достаточно точно син тезировать аналоговые сигналь только с плавно меняющейся первой производной, а периодический сигнал и любой сигнал с достаточно сложным за коном изменения он не синтезирует. .Переход от одного генерируемого-: оигнала к другому требует некоторой пер стройки схемы, в частности дешифратора, что затрудняет эксплуатацию генератора. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является цифровой генератор, который содержит диапазонный генератор тактовой частот ты, выход которого соединен ее входом пересчетной схемы, последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство цифроаналогоЕый преобразователь, фильтр нижних частот, усилитель и аттенюатор, причем адресный 1вход постоянного запоминающего устройства соединен с адресным выходом пересчетной схемы. Генератор также содержит блок управле1гая, вход которого соединен с выходом пересчетной схемь), а два выхода соединены с соответствующими входами синхронизации .постоянного запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя С2. Йспользовние в качестве цифрового функционального преобразователя

постоянного запоминающего устройства ограничивает класс генерируемых функций до одной, заданной таблицей истинности постоянного запоминающего устройства. Переход с одной генерируемой функции на другую можно осуществить только заменой постоянного запоминающего устройства на дру гое, с соответствующей таблицей истинности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей в части формирования сигналов любого заданного вида путем его программирования.

Указанная цель достигается тем, что в Цифровой программируемый гене-ратор сигналов, содержащий цифроаналоговый преобразователь, блок формирования адреса, перестраиваемый генератор тактовых импульсов и блок управления, введены последовательно, соединенные по информационному каналу блок носителя информации, блок ввода информации и оперативное запоминающее устройство, выход которого соединен с контрольньм входом блока ввода информации и- с информационным входом цифроаналогового преобразователя, блок памяти, вход стробирования которого соединен с выходом, стробирования блока ввода информции, блок депшфрации совпадения кодов, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, первый элемент ИЛИ, первый вход.которого соединен с выходом блока дешифрации совпадения кодов, второй - с выходом си1гхронизации блока ввода информации третий - с первым выходом блока упраления, со входом Старт блока ввода информации и входом предварительной записи блока памяти, а выход соединен со входом Сброс блока формирования адреса, выход которого соединен с адресными входами оперативного запоминающего устройства, блока памяти, и блока дешифрации совпадения кодов, а также вноввт. введенные первый и второй элемент И, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен со счетньи входом блока формирования адреса и со входом синхронизации циф роаналогового преобразователя, инвертор и регулируемый усилитель, причем второй выход блока управления соадинен с первым входом первого элемента И и через инвертор - с первым входом второго элемента И, выход Управления блока ввода информации

соединен со входом управления блока носителя информации и со вторым входом первого элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходс1м перестраиваемого генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго элемента И соединены со входами второго элемента ИЛИ, а выход цифроаналогового преобразователя соединен со входом дополнительно введенного регулируемого усилителя, выход которого является выходом генератора.

Блок носителя информации и блок ввода информации необходимы для

5 программирования таблицы истинности оперативного запоминающего устройства. Блок памяти, блок дешифрации совпадений кодов, блок формирования адреса и первый элемент ИЛИ необхо0 ДИМЫ для формирования адреса оперативного запоминающего устройства ОЗУ . Первый и второй элемент И, инвертор, второй элемент ИЛИ необходимы для коммутации тактовых импульсов.

5 На фиг, 1 представлена блок-схема цифрового программируемого генератора сигналов;на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Генератор содержит блок 1 носителя информации,, блок 2 ввода информации, информационный вход которого соединен с выходом блока 1 носителя информации, ОЗУ 3, информационный вход которого соединен с информационньм выходом блока 2 ввода информации, цифроаналоговый преобразователь ЦАП)

4,информационный вход которого соединен с выходом устройства 3, а также

с контрольным входом блока 2 ввода информации, регулируемый усилитель

5,вход которого соединен с выходом преобразователя 4, а выход является выходом генератора, С помощью блока

1 носителя информации и блока 2 ввода информации, осуществляется ввод информации в устройство 3, В качестве блока 1 носителя информации может быть использован, например читник или .магнитофон, приспособленный для записи и считывания цифровой информации. Блок 2 ввода информации осущеставляет также контроль правильности, записанной информации, сравнивая ее с вводимой,и управляет процессом получения информации с блока 1 носителя информации.

Генератор содержит также блок 6 управления, блок 7 памяти,- максимального алреса, вход синхронизации которого соединен с выходом стробирова нии блока 2 ввода информации, блок дешифрации совпадения кодов, вход к да максимального адреса которого со нен с выходом блока 7 памяти, блок 9 формирования адреса, первый элемент ИЛИ 10, первый вход которого с динен с выходом блока 8 деитфрации совпадения кодов, второй - с вькодо дешифратора кода начала массива дан ных блока 2 ввода информации, а тре тий - с первым выходом блока 6 упра ления и со входом разрешения начала записи блока 2 ввода информации. Пе вый выход блока 6 управления соединен также, с входом предварительной записи максимально возможного адрес блока 7 памяти максимального адреса Выход первого элемента ИЛИ 10 соеди нен со входом установки адреса первой ячейки устройства 3 блока 9 фор мирования адреса. Второй выход блока 6 управления соединен с первым , входом первого элемента И 1I и чере инвертор 12 - с первым входом второго элемента И 13. Выходы элементов 11 и 13 соединены со входами второго элемента ИЛИ 14, выход которого соединен со счетным входом блока 9 формирования адреса и со входом синхронизации преобразователя 4. Вто рой вход элемента И 11 соединен с выходом управления блока 2 ввода информации, который .тажке соединен со входом блока 1 носителя информации. Второй вход второго элемента И 13 со динен с выходом генератора 15-тактовых импульсов. С помощью блока 6 управления осуществляется управление режимом работы генератора (ввод информации или генерация), а также формируется импульс начала ввода информации. Устройство 3 выполняет функции кодового функционального преобразователя, где каждой кодовой комбинации текущего адреса ставится в соответствие выходной код, несущий информацию о значении сигнала в данный момент времени преобразователя 4 и регулируемый усилитель 5 соответственно преобразовывают последовательность кодовых комбинаций в аналоговый сиг нал и усиливают его с изменением постоянной составляющей до нужного значения. С помощью блока 7 памяти максимального адреса, блока В дешифрации совпадения кодов и первого элемента ИЛИ 10 организуется периодическое считывание информации из устройства 3. Блок 9 формирования адреса необходим для формирования адреса ячейки ОЗУ 3 в процессе записи и генерации, Первьш и второй элементы 1 и 13, инвертор 12, второй элемент ИЛИ i 4 вьтолняют функцию коммутатора тактовых импульсов, который управляется сигналом режима работы генератора. Перестраиваемый генератор 15 тактовых импулвсов является источником тактовых импульсов с регулируемой частотой следования и необходим для работы программируемого генера тора в режиме генерации. Генератор имеет два режима работы: ввод информации - программирование таблицы истинности устройства 3 и генерация - периодическое считывание записанной в устройстве 3 информации с преобразо)анием ее в аналоговый сигнал. В режиме ввода информации генератор работает следующим образом. В исходном состоянии )та втором выходе блока 6 управления устанавливается логическая 1, что соответствует разрешению прохождения импульсов через первый элемент И II и запрета через второй элемент И 13. На выходе разрешения записи блока информации 2 установлен логический О, что соответствует запрету считывания информации с носителя информации. Код адреса на выходе блока 9 формирования адреса может быть произвольным. При воздействии короткого импульса - логической I с первого выхода блока 6 управления блок формирования адреса 9 через первьШ элемент ИЛИ 10 устанавашвается в состояние адреса первой ячейки устрой ства 3 блок 2 ввода информации переодит в состояние готовности ечиты ания информации, а в блок 7 памяти аксимального адреса записьшае ся дрес (2 +1)-го состояния, т.е. на I больше, чем количество ячеек устройстве 3 (п - число двоичных азрядов в коде адреса устройства 3). ри этом кодовая комбинация, воздейтвующая на информационный вход блока ввода информации записывается в стройство 3, а записанная с выхода го подается на контрольный вход лока 2 ввода информации. Если кодоая комбинация, заносимая в устройст зо 3 не совпадает с записанной, то происходит повторная запись до тех пор, пока не произойдет совпадения. Если совпадение произошло, то с выхода разрешения записи блока 2 ввода информации на вход блока носителя информапии 1 и второй вход первого элемента И 11 воздействует импульс, который разрешает считывание следующего информационного слова в блоке 1 информации через первый элемент И 11 и второй элемент ИЛИ 14 подается на вход блока 9 формирования адреса, вызывая тем самым .установку адреса следующей ячейки устройства 3. При считывании кода начала массива данных в блоке 2 ввода информации происходит дешифрация этой кодовой комбинации и формирование импульса установки адреса первой ячейки устрой ства 3 блока 9 формирования адреса, которьй подается на второй вход первого элемента ИЛИ 10, и пройдя через него, устанавливает блок 9 формирования адреса в этот адресi После считываггая кода начала массива данных на входах текущего адреса устройства 3 блока 7 памяти максимального адреса и блока .8 дешифрации совпадения кодов устанавливается адрес первой ячейки устройства 3, в которую и за1госится первое слово массива данных. Каждая ячейка устройства 3 является т-разрядной. Информация, записываемая в устройство 3, представляет собой последовательность т-разрядных двоичных Чисел, слов, значения которых пропорциональны соответствующим значениям исходного сигнала. После проверки правильности записи первого слова по команде с блока 2 ввода информации через.элементы И 11 и ИЛИ 14 в устройство 3 происходит установка адреса второй ячейки и paspememwi считывания следующего, второго слова массива в блоке 1 носителя информации, которое заносится во вторую ячейку и т.д. Последнее п-ое слово массива заносится в п-ю ячейку устройства 3, После считывания п-го елова массива данньпс блоком 2 ввода информации, вырабатывается сигнал, разрешающий ввод следующего слова, и устанавливается адрес (п+1)-ой ячейки, (п+1)-ым словом является код конца массива даниых,дешифрируемый в блоке 2 ввода информации, и вырабатывается сигнал з.аписи максимального адреса, который подается с блока

2ввода информации на вход разрешения записи максимального адреса блока 7 памяти максимального адреса, и по которому адрес (п+1)-ой ячейки, находящейся иа адресном входе запоминается блоком 7 памяти и с ее вькода подается на вход максимального адреса блока 8 дешифрации совпадения кодов. Блок 8 дешифрации совпадения кодов дешифрирует совпадение кодов и вырабатывает сигнал, который, пройдя через первьш элемент ИЛИ 10 устанавливает адрес первой ячейки устройства

3на выходе блока 9 формирования адреса. Одновременно код конца массива данньгх устанавливает блок 2 ввода информации в состояние запрета дальнейшего ввода данных и процесс ввода информации в генератор заканчивается Максимально возможное число слов в массиве определяется емкостью устройства 3,

После окончания процесса записи устройство переводится в режим генерации записанного сигнала. Для этого на втором выходе блока 6 управления логическая 1 заменяется на логический О, что соответствует запрету прохождения сигнала через первый элемент И П и разрешению через второй элемеит И 13. Сигнал, снимаемый с выхода генератора 15 тактовых импульсов, представляющий собой периодическую последовательноть импульсов со скважностью порядка два, пройдя через второй элемеит И 13 и второй элемент ИЛИ 4 подается иа счетный вход блока 9 формирования адреса и на вход синхронизации преобразователя 4. Для того, чтобы информация с выхода устройства 3 в буферную память преобразователя 4 записывалась без искажений, момент записи должен иаходиться внутри интервала установления информации на выходе устройства 3 для чего процессы установления нового адреса на выходе блрка 9 формирования адреса и записи новой информации в буферную память преобразователя 4 начнают протекать по различньм фронтам импульсного сигнала с выхода второго элемента ИЛИ 14. Периодичзская последовательность импульсов на счетном входе блока 9 формирования адреса вызывает изменение адреса на ее входе, что в свою очередь приводит к последовательному опросу ячеек уст9ройства 3, Цифровая информация о зна чениях сигнала, считываемая с послед вательно перебираемых ячеек заносится в буферную память преобразователя 4, с помощью которого и преобразуется в аналоговый сигнал. Выходной сиг нал преобразователя 4 подается на вход регулируемого усилителя, с помо щью которого выставляются необходимы максимальное и минимальное значения выходного сигнала генератора. Текущий адрес с выхода блока 9 формирова ния адреса подается также на вход те кущего адреса блока 8 дешифрации сов падения кодов, на вход максимального адре1са которого подается код максимального адреса с выхода блока 7 памяти максимального адреса. При совпадении кода текущего адреса с кодом максимального адреса на вькоде блока 8 депшфрации совпадения кодов формируется импульс, который через первый элемент РШИ 10 устанавливает блок 9 формирования адреса в состояние адреса первой ячейки. Таким образом, если в устройстве 3 занять под сигна п ячеек, то в блок 7 памяти максимального адреса заносится адрес п+1 ячейки и при формировании блоком 9 формирования адреса в режиме генерации адреса п+ ячейки происходит ска кообразный переход от п-ой выбираемой ячейки к первой. Далее процесс с тывания информации из устройства 3 и преобразования ее в аналоговый сиг нал повторяется - происходит периодическое повторение сигнала. Частоту выборки слов из устройства 3 можно менять путем изменения тактовой частоты генератора 15 тактовых импульсов. На фиг. 2 изображен один период исходного сигнала f(t) на интервале Го, ТЗ, где максимальное значение сигнала, а минимальное. Сигнал f(t) может быть-задан как аналитически, так и таблицей, В последнем случае он представляется совокупностью точек на плоскости t, f(t) и в случае необходимости, когда выборке не соответствует табличное значение, может быть арроксимирован одним; из известных способов. На фиг, 26 изображен сигнал f(t) на интервале ГО, Т, просуммированный с константой равной | .Теперь значения сигнала находятся в интервале 0. (Ц,, .у otnc мин 2 Далее из зтого сигнала берутся выборки с интервалом l.t (величина At определяется необходимой точностью воспроизведения сигнала f(t) на выходе генератора), При этом должно выполняться условие Ж; 4 число ячеек в устройстве 3. Значения выборок представляются в виде U(iAt), где ,2,3,...,п-1. Теперь полученные значения выборок U (tAt) представляются в коде генератора, учитывая размерность матрицы устройства 3, с целью эффективного использования объема памяти. Для этого полученные значения U (iAt) нормируют на , умножают на 2 -I и берут среднее значение от полученного числа:2 , / где m - количество разрядов в слове; максимальное ьозможное число, которое может быть записано в устройстве 3, скобки /... означают операцию усреднения. Полученная совокупность выборок из одного периода сигнала f(t), переведенная в двоичный т-разрядный код генератора,приведена на фиг. 2в. Эта совокупность выборок и является массивом данных, который вводится в устройство 3 генератора. В режиме генера ции производится выборка слов из устройства 3 и их преобразование с помощью преобразователя 4 в аналоговый сигнал. Период повторений сигнала теперь будет зависеть только от частоты следования тактовых импульсрв. На фиг, 2г изображен один период сигнала на выходе преобразователя А для наглядности с неотфильтрованным спектром тактовой чгстоты. Этот сигнал представляет собой аппроксимированный исходный сигнал с измененным, в общем случае периодом повторения. После фильтрации спектра тактовой частоты сигнал подается на регулируемый усилитель 5, где произвоится усиление и восстанавливается остоянная составляющая. Сигнал на нтервале Го, Tj на выходе генераора изображен на фиг 2d. Цифровой программируемый генераор сигналов позволяет генерировать игнал любого заданного вида путем его рограммирования. Генератор целесообразно использовать как универсальны источник сигналов заданной формы в различных областях народного хозяйства в частности, в области радиосвязи и радиолокации,

Формула изобретения

Цифровой программируемый генератор сигналов, содержащий цифроаналоговый преобразователь, блок формирования адреса, перестраиваемый генератор тактовых импульсов и блок управления, отличающийс я тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей в части формирования сигналов любого заданного вида путем его программировалия, в него введены последовательно соединеннь1е по информационно каналу блок носителя информации, блок ввода информации и оперативное запоминающее устройство, выход которого соединен с контрольным вхо дом блока ввода информации и с информационным входом цифроаналогового преобразователя, блок памяти, вход стробирования которого соединен с выходом стробирования блока ввода информации, блок дешифрации совпадения кодов, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, nepBbrii элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом.блока дешифрации совпадения кодов,. второй с выходом синхронизации блока ввода информации, третий - с первым выходом блока управления, со входом Старт блока ввода информации и входом предварительной записи

блока памяти, а выход соединен с входом Сброс блока формирования адреса, выход которого соединен с адресными входами оперативного запоминающего устройства, блока памяти и блока дешифрации совпадения кодов, а также вновь введены первый и второй элемент И, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом блока формирования адреса и со входом синхронизации цифроаналогового преобразователя, инвертор и регулируемый усилитель, причем второ выход блока управления соединен с первым входом первого элемента И и через инвертор - с первым входом второго элемента И, выход управления блока ввода информации соединен со входом управления блока носителя информации и со вторым входом первого элемента И,второй вход второго элемента И соединен с выходом перестраиваемого генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго элемента И соединены со входами второго элемента ИЛИ, а выход цифроаналогового преобразователя соединен со входом дополнительно введенного регулируемого усилителяS, выход которого является выходом генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 327467, кл. G 06 F 1/02,

2.Маслов И,В, , и Ругаленко Ю. В.

О Цифровом синтезе гармонических сигналов. Техника средств связи, сер. Радиоизмерительная техника, 1977, вьт. 6, с. 1-9, рис. 2.

C

ir

8

6

lU

IS

H

15

У2

)

nat(C.

U(i).U(Ut)

5)

At

ZL

}

-f

f

K TTKrif