Генератор функций

 

1. ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, содержащий генератор импульсов и первый счетчик, соединенный выходом с входом первого запоминающего устройства, выходы которого подключены к входам установки начальных условий интеграторов nepBotrrpynnH, каждый i-й п , где п - количество интеграторов в группе ) из Которых соединен сигнальным входом с выходом ( hro интегратора первой группы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения функций, в него дополнительно введены второй счетчик, второе запоминащее устройство, вторая группа из п интеграторов, переключатель, делитель частоты, триггер, элемент задержки и элементы И, первый из которых подключен первым входом к шине запуска генератора функций, управляющему входу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И, вторым входом - к первому выходу триггера, управляющему входу переключателя и к первому входу третьего эле мента И, а выходом - к входам управления режимом работы интеграторов пер вой группы, сигнальный вход п -го из которых соединен с соответствующим выходом первого запоминающего устройства , а выход первого интегратора Первой группы подключен к первому ; сигнальному входу переключателя, соединенного выходом с выходной шиной генератора функций, примем выход генератора импульсов подключен через делитель частоты к входу элемента задержки и к счетному входу триггера, соединенного -вторым выходом с вторым входом второго элемента И и с первнм входом четвертого элемента И, подключенного выходом к счетному входу первого счётчика, а вторым входом - к выходу элемента задержки и к второму входу третьего элемента И, соединенного выходом со счетным входом второго рчетчика, подключенного к входу второго запоминающего, устройства, выходы которого соединены соответственно с входами ycтaнoвю начальнш условий интеграторов второй rpynribi и с сигнальным входом п-го интегратора второй группы, причем каждый i-й

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК .,,, „С 06 С 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3492671/18-24 (22) 22,09.82 (46) 30. 11,83. 6юл. V 44 (72) Г.А.Калинин (71) Харьковский ордена Трудового

Красного Знамени институт радиоэлектроники (53) 681 335(088.8) (56) l. Авторское„свидетельство СССР

" 726542, кл, G 06 6 7/26, 1977

2. Авторское свидетельство CCCP

И 858013, кл. G 06 G 7/26, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 851425, кл. G 06 6 7/30, 1979 (прототип). (54)(57) 1 ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, со- держащий генератор импульсов и первый счетчик, соединенный выходом с ахо-. дом первого запоминающего устройства, выходы которого подключены к входам .установки начальных .условий интегра-. торов первои группы, каждый 1-й (1 4 i..< и, где n " "количество интеграторов в группе ) из Которых соединен сигнальным входом с выходом (i+1 )-го интегратора первой группы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведе» ния.функций, в него дополнительно введены второй счетчик, второе запоминающее устройство, вторая группа из и интеграторов, переключатель, делитель частоты, триггер, элемент задержки и элементы И, первый из которых подключен первым входом к шине запуска генератора функций, управляющему входу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И, вторым входом - к первому выходу триггера, управляющему входу переключателя и к первому входу третьего эле

„„SU„„1057966 . А мента И, а выходом - к входам управления режимом работы интеграторов пер вой группы, сигнальный вход п -го из которых соединен с соответствующим выходом первого запоминающего устройства, а выход первого интегратора первой группы подключен к первому сигнальному входу переключателя, соединенного выходом с выходной виной генератора функций, причем выход генератора импульсов. подключен через делитель частоты к входу элемента задержки и к счетному входу триггера, . соединенного .вторым выходом с вторым входом второго элемента И и с nepal входом четвертого элемента И, под- Я ключенного выходом к счетному входу первого счетчика, а вторым входом - к выходу элемента задержки и к второму входу третьего элемента И, соединен" ного выходом со счетным входом второ"

ro счетчика, подключенного к входу второго запоминающего. устройства, выходы которого соединены соответст« венно с входами установки ивчапьньцс условий интеграторов второй группы и с сигнальным входом и -го wwTerpeтора второй группы, причем каждый

l-й 11 4 i (п )интегратор второй группы подключен сигнальным входом к выходу (-1)-ro интегратора второй группы, выход первого интегратора второй группы соединен с .вторым сигнальным входом переключателя, а входы управления режимом работы интеграторов второй группы подключены к выходу второго элемента И.

2. Генератор по п.1, о т л и ч а " ю шийся тем, что каждое запоминающее устройство содержит цифоовой блок памяти и группу из (n +1) циФоп-...

1057966 аналоговых преобразователей, соеди" ненных выходами с выходами запоминающего устройства, аналоговыми входа ми - с шинами разнополярннх опоены

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, в частности, для воспро изведения функций времени в моделирующих устройствах, 5

Известен генератор функций, содер- жащий блок управления, компаратор, нуль-орган, переключатель полярности, счетчик, блок памяти, цифроаналоговые преобразователи, выходной сумматор, 1О интегратор, дополнительный сумматор, источник опорного напряжения 3.

Генератор воспроизводит кусочнолинейную функцию. Недостаток его заключается в негладком характере выход- 15 ного напряжения. Кроме того„при генерации длительных. функций возрастает . погрешность интегратора, что приводит к ухудшению точности всего устройства. . известен функционельный генератор 20 для реализации полиномиальных сплайков, содержащий кусочно-линейный an" проксиматор, интеграторы, блок сравнения и микропроцессор 323 .

Недостатком генератора является конструктивная сложность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является гене. ратор функций, сфдержащий генератор импульсов и первый счетчик, соеди- ЗО нейный выходом с входом первого запо" минающе -о устройства, выходы которого подключены к входам установки начальных условий интеграторов первой груп" пы, каждый 1- . (1 < 1 < и), где и - 35 количество интеграторов в группе из которых соединен сигнальным входом с выходом (+1.)-ro интегратора первой группы, а сигнальный вход и -го интегратора подключен к выходу опера- 40 ционного усилителя, соединенного вхо- дами с выходами ключей ряда групп, подключенных сигнальными входами к выходам первого запоминающего устройства, à управляющими входами - к соответствующим выходам первого счет чика, соединенного счетным входом с напряжений, а цифровыми входами - с выходами цифрового блока памяти, адресный вход которого является входом запоминающего устройства. выходом генератора импульсов, à первым выходом - с входами обнуления ин,теграторов первой группы, Недостатком генератора функций является пониженная инструментальная точность воспроизведения функций времени.

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения функций.

Для достижения цели в генератор функций, содержащий генератор импульсов и первый счетчик, соединенный выхо ходом с входом первого запомийающеro устройства, выходы которого подключены к входам установки начальных условий.интеграторов первой группы, каждый f-A (1 i (n, где n - количество интеграторов e rpynne ) из которых соединен сигнальным входом с выходом (1+1)-го интегратора первой группы, дополнительно введены второй счетчик, второе запоминающее устройство, вторая группа из и интеграторов, переклю чатель, делитель частоты, триггер, элемент задержки и элементы И, первый из которых подключен первым входом к шине запуска генератора функций, управляющему входу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И, вторым входом - к первому выходу триггера, управляющему входу переключателя и к первому входу третьего элемента И, а выходом - к входам управления режимом работы интеграторов первой группы, сигнальный вход и-го из которых соединен с соответствующим выходом первого запоминающего устройства, а выход первого интегратора первой группы подключен к первому сигнальному входу переключателя, сОединенного выходом с выходной шиной генератора функций, причем выход генератора импульсов подключен через делитель частоты к входу элемента задержки и к счетнбму входу триггера, соединенного вторым выходом с вторым входом второго элемента И и с первым входом четвер1

3 1957966 4 того элемента И, подключенного выхо" к первому входу третьего элемента И 17„ дом к счетному входу первого счетчика1 а выходом - к входам управления режиа вторым входом - к выходу элемента мом Работы интеграторов 11 группы 10. задержки и к второму входу третьего Сигнальный sxop hb."го иэ интеграторов элемента И, соединенного выходом со 5,1-! соединен с соответствующим выходом счетным входом второго счетчика, под" .запоминающего устройства 8, а выход ключенного выходом к входу второго за- первого интегратора 11 подключен к перпоминающего устройства, выходы которо- вому сигнальному входу переключателя го соединены соответственно с входами 14, соединенного выходом с выходной ши установки начальных условий интегра- 10 ной генератора функций. Выход генера-, торов второй группы и с сигнальным тора 1 импульсов подключен через .дели входом .й -ro интегратора второй груп" тель 3 частоты к входу элемента 5 запы, причем каждый i -й (! (,1 (и ) ин держки и к счетному входу триггера 4, тегратор второй группы подключен соединенного вторым выходом с вторым .сигнальным входом к выходу + ) ro 15 входом элемента И 16 и с.первым вхоинтегРатоРа втоРой гРУппы, выход пер дом четвертого элемента 4И !8. ваго интегратоРа втоРой гРУппы соеди- Элемент И 18 подключен выходом к нен с втРРым сигнальным входом пеРе- счетному входу. счетчика 6, а вторым ключа1елЯ, а входы УпРавлениЯ Режимом входом - к выходу элемента 5 задержки

Работы интеграторов второй .группы z0 и к второму входу элемента И 17 соподключены к выходу BToporo элемен- единенного выходом со счетным входом та И. счетчика 7. Счетчик 7 подключен выхо

При .этом каждое запоминающее Уст- дом к входу запоминающего устройстРойство оодеРжит цифРовой блок памЯти ва, выходы которого соединены соотИ ГРУППУ ИЭ (П +! )-rO ЦИфрааиаЛОВОГО 25 ветственно с входами установки навых пРеобразователей, соединенных вы- чальных условии интеграторов 13 втоходами с выходами запоминающего УстРой рой группы 12 и с сигнальным входом .. ства, аналоговыми входами - с шинами п-го интегратора 13 группы 12. Каждый

Раэяополярных опоРных напряжений, а; 1 t 1 < 1 (h ) интегратор 13 групп

Цифровыми вхоДами - с выхоДами Цифра- подключен сигнальным входом к выходу

30 вого блока памяти, адРесный вход ко- (1+1)-го интегратора 13, выход nepso-. торого является входом запоминающего го интегратора 13 соединен с втфрым устройства. сигнальным входом переключателя 14, На чеРтеже изобРажена блок-схема а входы управления режимом Работы ин. генератора функций. теграторов 13 подключены к выходу элеГенеРатоР фУнкций содеРжит генера- мента И !6. ) аждае из запоминающих

35 тор 1 импульсов, шину 2 запусwà, дели- устройств 8 и 9 содержит циьровой тель 3 частоты, триггер 4, элемент 5 блок 19 памяти и группу из (и+!)-го задержки, первый и второй счетчики 6 цифроаналоговых преобразователей 20, и 7, пеРвый и втоРой запоминающие Уст- соединенных выходами с выходами за40 ройства 8 и 9, первую группу 10 ин- поминающего устройства, аналоговыми теграторов 11, вторую группУ 12 ин- входами с шинами разнополярных опортеграторов 13, переключатель 14 и эле ных напряжений +Uo, а цифровыми вхо" менты И 15 -18. Первый счетчик 6 со- дами - с выходами блока 19 памяти, единен выходом с .входом первого запо- адресный вход которого является вхоминающего устроиства 8, выходы котоРо дом запоминающего устройства. .45 го подключены к входам установки на" В основу работы генератора функчальных условий интеграторов !1 груп ций положена аппроксимация воспроизпы 10, каждый 1-й (1 (1 < и) 1где и водимой функции полиномиальным сплайколичество интеграторов в группе ) » ном степени и, который на произволькоторых соединен сигнальным входом с 50 ном j -ом подинтервале аппроксимации выходом (1 +! )-го интегратора 11 длины М имеет вид группы 10. Первый элемент И 15 подключен первым входом к шине 2 запуска

t1 генератора функций, управляющему входу 9. (Ц= о (g-g 1 (1)pi 3 генератора 1 импульсов и к первому 55 } =a

} входч второго элемента И 16, вторым входом - к первому выходу триггера 4, где o - коэффициенты аппроксимации; 3 управляющему входу переключателя 14 и t -. узловое (начальное ) значе-

1057966 ния аргумента Ф на j -ом подинтервале аппроксимации, Степень сплайна определяется числом последовательно соединенных интеграторов (на чертеже изображена блок-схема генератора функций для случая воспроизведения кубических сплайнов ). Длина йт каждого из под" интер валов аппроксимации регулируется изменением коэффициента деления делителя 3 частоты. Пр .. аданных зна чениях коэффициентов et функции (1) и единичных коэффициент)ах передачи интеграторов 11 и 13 на сигнальные входы первых интеграторов каждой группы должно подаваться напряжение, пропорциональное Ь "— (-.1}." и.! и Г 1 а на входы установки начальных условий интеграторов - напряжение, поопбрциональное Ъ = (- I), . а1 ",где

1 - текущий порядок производной на выходе интегратора относительно функ

Ции Ч! (Ц

Первая группа 10 интеграторов 11 и запоминающее устройство 8 предназ-, начены для воспроизведения сплайна на всех нечетных подинтервалах аппроксимации, а узлы 9 и 12 - на четных интервалах аппроксимации.

Каждый из интеграторов 11 и 13 имеет два режима функционирования: режим "Подготовка" и режим "Работа", Переход из одного режима в другой вы" полняется по управляющим сигналам на выходе элементов И 15 и 16: если двоичная переменная на выходе элемента И равна "0", то реализуется режим

"Подготовка", в противном случае реализуется режим "Работа". В режиме

"Подготовка" входные цепи интеграторов разрываются и осуществляется заряд интегрирующих емкостей до тех, значений напряжений начальных условий, которые устанавливаются на выходах запоминающих устройств. В режиме

"Работа" входные цепи интеграторов замыкаются. что фактически означает решение неоднородного дифференциаль.ного уравнения ь -ro порядка с заданными начальными условиями.

Выходная шина генератора функций связана с выходом переключателя 14, Логика работы переключателя такова: если двоичный сигнал на егб управляющем входе равен "1", то на выход переключателя коммутируется напря.жение с выхода первого интегратора, группы 1О; в противном. случае на выход переключателя коммутируется напряжение с выхода первого интегратора группы 12.

Непосредственно перед началом формирования заданно" функции времени на устройство подается сигнал "Начальная установка", который сбрасывает в "0" триггер 4, счетчики 6 и 7, а также разрешает считывание информации иэ блоков 19 памяти (цепи подачи этого сигнала не показаны ). Теперь в счетчиках 6 и 7 будет сформирован код адреса первой ячейки, который воздействует на адресные входы блоков 19 памяти. В результате этого происходит считывание информации из первых ячеек блоков 19 памяти 9 на цифровые входы!

35 ла < E (О э Ц . Спустя время М на выходе делителя 3 частоты появляется импульс, который устанавливает в "1" триггер 4. Тем самым возникший единичный сигнал с выхода элемента И !6 гереводит в режим "Работа" интеграторы 13 второй группы. Поскольку инверсное знамение триггера 4 соответ-

55 цифроаналоговых преобразователей 20 первого и второго запоминающих уст20 ройств 8 и 9.

Каждый иэ преобразователей 20 преобразует код соответствующего коэффициента Ъ и Ъ å пропорциональное ему напряжение с требуемым знаком.

25 Поскольку сигнал запуска по шине 2 отсутствует, то на выходах элементов

И 15 и 16 формируются нулевые двоичные сигналы, которые переводят в режим "Подготовка" все интеграторы, 50 интегрирующие емкости которых (не показаны )заряжаются до напряжений начальных условий. При этом на выходной. шине генератора функций появляется напряжение, пропорциональное Ч.„(0,), так что переключатель 14 коммутирует на выход напряжение с выхода первого интегратора группы 10.

С поступлением по шине 2 сигнала запуска включается генератор 1 им4 пульсов, вь|ходные сигналы которого воздействуют на делитель 3 частоты и триггер 4, Одновременно сигнал запуска формирует "1" на выходе элемента

И 15, в результате чего первая группа 10 интеграторов ll переводится в режим "Работа", При этом входные цепи интеграторов замыкаются и образуется аналоговая вычислительная система для, рещения соответствующего.дифференциального уравнения при заданных начальных условиях на первом подинтерва1057966

Составитель С.Казинов

Редактор С.Юско Техред Т.Фанта Корректор А.Тяско

Заказ 9465/52 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская араб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ствует логическому "0", то на выходную шину с выхода первого интегратора группы 12 коммутируется решение соответствующего диФФеренциального уравнения на втором и подинтервале.

Спустя некоторую задержку, которая превосходит-длительность установки триггера 4, на выходе элемента 5 за,аержки Формируется импульс, который совместно с единичным сигналом на втором выходе триггера 4 дает "1" на выходе элемента И 18. Этот сигнал .воздействует на вход счетчика 6, увеличивая,его состояние на единицу, Вследствие этого в счетчике 6 оказывается записанным код адреса второй ячейки. Считанная из этой ячейки инФормация используется в режиме "Подготовка" группы 10 интеграторов, С приходом следующего импульса с выхода делителя 3 частоты группа 10 интеграторов переключается в режим "Работа", а группа 12 интеграторов переводится в режим "Подготовка" и т.д.

Остановка процесса воспроизведения функции происходит в момент времени появления сигнала переноса с выхода последнего разряда счетчика 7. Если сигнал останова не формировать, то устройство будет работать в режиме периодического воспроизведения Функции.

В отличие от прототипа предлагаемый генератор функций сохраняет требуемую точность воспроизведения Функ ций в течение практически неограни ченного времени. Это следует из того,. что в режиме "Подготовка" интегрирующие емкости интеграторов периодически заряжаются до точных значений напряжений начальных условий, соответству« ющих кодовым значениям коэффициентов, т .е. погрешность дрейфа накапливается в режиме "Решение" и сбрасывается в режиме "Подготовка".