Функциональный генератор Советский патент 1982 года по МПК G06F17/17 G06F1/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в гибридных вычислительных системах, а Гакже в качест ве генератора сигналов произвольной формы. Известен функциональный генератор содержащий генератор импульсов, умножитель частоты, управляемый делитель частоты, блок вычитания, реверсивный счетчик, дешифратор нуля, бло памяти, счетчик и выходной цифроаналоговый преобразователь Г1« Недостатком этого генератора является ограниченность класса воспроизводимых функций, так как он позволяет воспроизводить только знакопостоянные функции. Известен также функциональный генератор, содержащий генератор импуль сов, управляемый делитель частоты, счетчик, дешифратор, блок памяти, блок выбора функций, переключающий блок, реверсивный счетчик, инвертиру ющий переключатель и выходной цифроаналоговый преобразователь f 2 J. Недостатком этого функционального генератора является сложность проrpaNBwpoaaHHB функций, задаваемых узловыми значениями абсцисс и ординат. Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, подключенный выходом к первому входу элемента И, соединенного вторым входом с выходом обнуления блока выч 1тания, счетным входом счетчика импульсов и с входом стробирования управляемого делителя частоты, подключенного сигнальным входом к выходу элемента И, управляющими, входами - к кодовым выходам блока вычитания, а выходом - к счетному входу реверсивного счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, а выходы разрядов - с цифровыми входами выходного цифроаналогового преобразователя и с первой группой кодовых входов блока вычитания, подключенного второй группой кодовых входов к кодовым выходам блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, а знаковый выход блока вычитания подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика З . Недостатком известного генератора является ограниченность класса воспро изводимых функций, так как он позволяет воспроизводить только знакопостоянные функции. Цель изобретения - расширение клас са воспроизводимых функций за счет воспроизведения знакопеременных функций. Поставленная цель достигается тем что в функциональный генератор, соде ксгнций генератор импульсов, подключен ный выходом к первому входу элемента И, соединенного вторым входом с в ходом обнуления блока вычитания, сме ном входом счетчика импульсов и с вх дом стробирования управляемого делителя частоты, подключенного сигнальным входом к выходу элемента И, упра ляющими входами - к информационным выходам блока вычитания, а выходом к счетному входу реверсивного счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, а выходы разрядов - с циф ровыми входами выходного цифроаналого вого преобразователя и с первой группой информационных входов блока вычи тания, подключенного второй группой ин юрмационных входов к информационным выходам блока памяти, адресные входы которого соединены с «входами разрядов счетчика импульсов, дополнительно введены блок управления, ключ и дешифратор нуля, подклю1юнный входами к выходам разрядов ревер сивного счетчика, а выходом - к первому входу блока управления, соедине ного вторым входом со знаковым выходом блока памяти, третьим входом со знаковым выходом блока вычитания, первым выходом - с управляющим входом блока вычитания, вторым выходом с входом управления реверсом реверсивного счетчика, а третьим и четвер тым выходами - с управляющими входами ключа, подключенного сигнальными входами - к шинам разнополярных опор ных напряжений, а выходом - к аналоговому входу выходного цифроаналогового преобразователя. При этом блок управления содержит элементы И, ИЛИ, Н€ и И-НЕ, триггеры и формирователь, блокирующий вход которого является первым входом блока управления и соединен с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ и с входом обнуления первого триггера, а сигнальный вход формирователя соединен с выходом второго триггера, первый установочный вход которого является вторым входом блока управления и подключен к второму входу первого элемента И-НЕ и к входу первого элемента НЕ, соединенного выходом со вторым установочным входом второго триггера и со вторым входом второго элемента И-НЕ, а выходы элементов И-НЕ подключены к установочным входам третьего триггера, причем выход формирователя соединен со счетным входом первого триггера, подключенного первым выход ж к первому входу элемента ИШ, а выходом к первому входу элемента И, соединенного вторым входом с выходом второго элемента НЕ, вход которого является третьим входом блока управления и подключен к второму входу элемента ИЛИ, соединенного выходом с первым установочным входом четвертого триггера, подключенного вторым установочным входом к выходу элемента И, причем формирователя и выход четвертого триггера являются соответственно первым и вторым выходами блока управления, а выходы третьего триггера третьим и четвертым выходами блока управления. На чертеже изображена блок-схема функционального генератора. Генератор содержит генератор 1 импульсов, подключеинь й выходом к первому входу элемента И 2, соединенного вторым входом и выходом обнуления блока 3 вычитания, счетным входом счетчика импульсов и с входом стробирования управляе/Юго делителя 5 частоты. Делитель 5 подключен сигнальным входом к выходу элемента И 2, управляющими входами - к кодовым выходам блока k вычитания, а выходом - к счетному входу реверсивного счетчика 6. Счетчик 6 соединен входом обнуления с выходом переполнения счетчика 4, а выходами разрядов - с цифровыми входами выходного цифроаналогового преобразователя 7 и с первой группой информационных входов блока 3 вычитания. Блок 3 подключен второй группой информационных входов к информационным выходам блока 8 памяти, адресные входы Которого соединены с выходами разрядов счетчика k. Дешифратор 9 нуля подключен входами к выходам разрядов счетчика 6, а выходом - к первому входу 10 блока 11 управления, соединенного вторым входом 12 со знаковым выходом блока 8 памяти, третьим входом 13 со энаковым выходом блока 3 вычитания, пер вым выходом И -с управляющим входом блока 3 вычитания, вторым выходом 15 с входом управления реверсом счетчика 6, а третьим и четвертым выходами 16 и 17 - с управляющими входами ключа 18. Ключ 18 подключен сигнальными входами к шинам раанополярных опорных напряжений Ш, а выходом к аналоговому входу (юине питания) преобразователя 7. Блок 11 управления содержит элемент И 19, элемент ИЛИ 20, первый и второй элементы НЕ 21 и 22, перилй и второй элементы И-НЕ 23 и , триг геры 25 - 28 и формирователь 29. Бло кирующий вход формирователя 29 является первым входом 10 блока 11 и сое динен с первыми входами элементов ИНЕ 23 и 2k и с входом обнуления перв го триггера 25, а сигнальный вход формирователя 29 соединен с выходом второго триггера 2б. Первый установочный вход триггера 26 является вто рым входом 12 блока управления и под ключей к второму входу элемента И-НЕ и к входу эл(емента НЕ 21. Элемент НЕ 21 соединен выходом с вторым установочным входом три1- гера 2б и с вторым входом элемента И-НЕ 2. Выходы элементов И-НЕ подключены к установочным входам тре тьего триггера 27, а выход формирова теля 29 соединен со счетным входом триггера 25. Триггер 25 подключен пе вым выходом к первому входу элемента ИЛИ 20, а вторым выходом - к первому входу элемента И 19, соединенного вторым входом с выходом элемента НЕ 22. Вход элемента НЕ 22 является третьим входом 13 блока управле ния и подключен к второму входу элемента ИЛИ 20. Выход элемента ИЛИ 20 соединен с первым установочным входом четвертого триггера 28, подключенного вторым установочным входом к выходу элемента И 19. Выход формирователя 29 и выход триггера 28 являются соответственно первым и вторым выходами 1 и 15 блока управления, а выходы триггера 27 - третьим и четвертым выходами 16 и 17 блока управления. Дешифратор 9 нуля может быть выполнен, например, на группе элементов НЕ, входы которых являются входами дешифратора, и элементе И, выход которого является выходом деимфратора, а входы подключены к выходам элементов НЕ. Функциональный генератор работает следующим образом. В исходном состоянии счетчики и 6 установлены в нуль, блок 3 вычитания установлен в режим вычитания, а в блок 8 памяти записаны коды ординат узловых точек генерируемой функ ции, причем в нулевую ячейку записан нулевой код начальной ординаты функции f(xjj), поступающий на вход блока 3. Блок 3 выдает разность модулей двух соседних ординат функции. При возрастании по модулю функции на участке аппроксимации со знакового выхода блока 3 выдается нулевой код, при убывании - единичный. В случае изменения знака функции на участке аппроксимации блок 3 пе эеводится в режим суммирования и со знакового выхода блока 3 выдается нулевой код. Импульсным сигналом с выхода обнуления блока 3, длительность которого определяется временем необходимым для установки кода очередной ординаты функции в блоке 3 и коэффициента деления в делителе 5 частоты, закрывается элемент И 2, счетчик гюреводится в следующее состояние, а на вход стробирования делителя 5 частоты подается разрешение на запись управляющего кода коэффициента деления. Таким образом, из блока 8 памяти в блок 3 вычитани.я выдается код f (х. ) ординаты узловой точки первого участка аппроксимации генерируемой функции, при этом импульсы с выхода генератора 1 не поступают на счетный вход счетчика 6. С информационных выходов блока 3 разность кодов f(x) и f(xjj) устанавливает коэффициент передачи делителя 5 частоты. Задним фронтом импульса с выхода обнуления блока 3 элемент И 2 открывается и импульсы с выхода генератора 1 через делитель 5 начинают поступать на счетчик 6. Выходной код счетчика 6 преобразуется преобразователем 7 в выходной сигнал. При совпадении кода счетчика 6 и кода f(х) на выходе обнуления блока 3 формируется очередной импуль ный сигнал, по которому элемент И 2 закрывается и счетчик переводится в следующее состояние, по которому из блока 8 памяти выдается ордината следующей узловой точки (х) Разность кодов (х) и ( ) в соответ ствии с наличием сигнала на входе стробирования делителя 5 частоты устанавливает коэ4к1 114иент передачи на очередном участке аппроксимации. Зад ним фронтом импульса с выхода обнуле ния 3 элемент И 2 открывается, и начинается воспроизведение второго участка генерируемой функции. На пос ледущих участках аппроксимации функ циональный генератор р отает аналогично. . Блок tt управления осуществляет управление рвотой функционального генератора при изменении знака функции и знака ее крутизны. В исходном состоянии по нулевому коду счетчика 6 (5в1ксируемому дешифратором 9 триггер 25 устанавливается в нуль. По нул вому значению знака кода разности со знакового выхода блока 3 и нулевому состоянию триггера 25 триггер 28 управления реверсом счетчика 6 уСтанавливеется в нулевое состояние, что соответствует работе счетчика 6 в режиме суммирования. При поступлении из блока 8 памяти знака ординаты узловой точки первого участка аппроксимации триггер 27 уста навливает ключ 18 в состояние, соответствующее знаку функции. При этом нулевой код знака функции соответствует подключению к шине питания преобразователя 7 13ИНЫ опорного напряжения положительной полярности, а еди ничный - отрицательной. Рассмотрим работу функционального генератора при воспроизведении различных вариантов изменения функции на участках аппроксимации. Возрастание положительной функции В данном случае при поступлении из блока В кода (14-1 )-ой ординаты узловой точки и из счетчика 6 кода i-ой ординаты узловой точки в блоке 3 вычисляется разность кодов jf( )| и /f() , по которой осуществляется установка коэффициента деления делителя 5. Нулевой код Знакового выхода блока 8 подтверждает нулевое состояние триггера 27, не изменяя состояния ключа 18. Со знакового выхода блока 3 нулевой код подтверждает нулевое состояние триггера 28, обеспечивая работу счетчика 6 с режиме суммирования. Таким образом осуществляется воспроизведейие функции при возрастании положительной функции. При возрастании по модулю отрицательной функции работа происходит аналогично, за исключением того, что со знакового блока 8 памяти единичный Код устанавливает триггер 27 в единичное состояние, обеспечивая подключение в аналоговому входу преобразователя 7 шины опорного напряжения отрицательной полярности. Убывание положительной (нкции. При поступлении в блок 3 кода i+2 ординаты узловой точки из блока 8 и кода +1 ординаты из счетч ика 6 единичный код с знакового выхода блока 3 останавливает триггер 28 в единичное состояние, обеспечивая работу счетчика 6 в режиме вычитания. При убывании по модулю отрицательной функции генератор работает аналогично, за исключением того, что к аналоговому входу преобразователя 7 псэдключается шина опорного напряжения отрицательной полярности. Убывание функции с переходом через нуль. При поступлении из блока 8 памяти кода ординаты узловой точки, по единичному коду знакового выхода триггер 26 переводится в следующее состояние. Сигналом переключения триггера 26 формирователь 29 вырабатывает импульс, переводящий блок 3 в режим суммирования и триггер 25 в единичное состояние. При нулевом коде счетчика 6 формирователь 29 блокируется, чем обеспечивается работа счетчика 6 в режиме суммирования на первр} участке аппроксимации. Единичное состояние триггера 25 блокирует изменение состояния триггера 28, сохраняя режим вычитания счетчика 6. При достижении функцией нулевого значения с выхода дешифрато ра 9 триггер 25 устанавливается в нулевое состояние, по которому триггер 28 так«е устанавливается в нулевое состояние и переводит счетчик 6 в режим суммирования. При переходе через нуль функции триггер 27 изменяет свое состояние, обеспечивая подключение к аналоговому входу преобразователя 7, опорное напряжение отрицательной полярности. При завершении воспроизведения функции на данном участке аппроксимации передним фронтом сигнала обнуления с выхода обнуления блок 3 переводится в режим вычитания. Возрастание функции с переходом через нуль. Данному участку воспроизведения предшествует работа счетчика 6 в режиме суммирования. При поступлении из блока 8 памяти кода ординаты узловой точки функции по нулевому коду знакового выхода блока 8 триггер 2б переводится в следую щее состояние. Сигналом переключения триггера 2б формирователь 29 выр атывает импульс, переводящий блок 3 в режим суммирования и триггер 25 в единичное состояние. Единичный уровень с первого еыхода триггера 25 устанавливает тригг р 28 в единичное состояние, обеспе чивая перевод счетчика 6 в режим вычитания. При достижении функцией нулевого значения с выхода дешифратора 9 триггер 25 устанавливается в нулевое состояние, по которму триггер 28 так же устанавливается в нулевое состояние и переводит счетчик 6 в режим суммирования. При переходе функции чере,з нуль триггер 27 изменяет свое состояние, обеспечивая подключение к аналоговому входу преобразователя опорного напряжения положительной полярности. При завершений воспроизведения функции на данном участке аппроксимации передним фронтом сигнала обнуления с выхода обнуления блок 3 переводится в режим вычитания После окончания воспроизведения последнего участка аппроксимации функции импульс переполнения счетчика k устанавливает счетчик 6 в исходное V состояние. Таким образом, рассмотренный фун циональный генератор позволяет ВОСПРОИЗВОДИТЬ более широкий класс фун ции, чем известный, так как осуществляет воспроизведение функций обоих знаков. Формула изобретения 1.Функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, подключенный выходом к первому входу элемента И, соединенного вторым входом с выходом обнуления блока вычитания, счетным входом счетчика импульсов и с входом стробирования управляемого делителя частоты, подключенного сигнальным входом к выходу элемента И, управля||щими входами - к информационным выходам блока вычитания, а выходом - к счетному входу реверсивного счетчика, вход обнуления которого соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, а выходы разрядов - с цифровыми входами выходного цифроаналогового преобразователя и с, первой группой;информационных . входов блока вычитания, подключенного второй гругкюй информационных входов к ин4юрмационным выходам блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, отличающийс я тем, что, с цепью расширения класса воспроизводимых функций за счет воспроизведения знакопеременных функций, в него дополнительно введены блок управления, ключ и дешифратор нуля, подключенный входами к выходам разрядов реверсивного счетчика, а выходом - к первому входу блока управлений, соединенного вторым входом со знаковым выходом блока памяти, третьим входом - со знаковым выходом блока вычитания, первым выходом - с управляющим входом блока вычитания, вторым выходом - с входом управления реверсом реверсивного счетчика, а третьим и четвертым выходами - с управляющими- входами ключа, подключенного сигнальными входами - к шинам разнополярных опорных напряжений, а выходом - к аналоговому входу выходного цифроаналогового преобразователя.I 2.Функциональней генератор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит элементы И, ИЛИ, НЕ и И-НЕ, триггеры и формирователь, блокирующий вход кото