Функциональный генератор

 

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий генератор тактовых импульсов , счетчик адреса, подключенный выходами к входам запоминающего устройства значений синусов, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный выходом с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом функционального генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, в него дополнительно введены элемент И,.счетчик аргумента, блок памяти частот, преобразователь код-частота, блок памяти амплитуд, . блок выбора характеристик генерируемой функции и блок умножения, подключенный выходами к входам цифроаналогового преобразователя, первой группой входов - к выходам запоминающего устройства значений синусов, а второй группой входов - к выходам блока памяти амплитуд, соединенного первой группой адресных входов с первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции и с первой ГР5ШПОЙ адресных входов блока памяти частот, а второй группой адресных входов - с выходами счетчика аргумента и с второй группой адресных входов блока памяти частот, подключенного выходами через преобразователь код-частота к счетному входу счетчика адреса, соединенного установоч- . нымн входами с второй группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции, подключенного первым входом к шине запуска функционального генератора, вторым входом - к выходу переполнения счетчика аргумента, первым выходом - к входам управления установкой кода счетчика аргумента и счетчика ад.реса., вторым входом - к первому входу элемента i И, а третьей группой выходов - к ус (Л тановочным входам счетчика аргумента , соединенного счетным входом с выходом элемента И, подключенного BTOPbiM входом к выходу генератора тактовых импульсов. 2. Генератор по п. 1, о т л и ч а-I го ц и и с я тем, что блок выбора характеристик генерируемой функции содержит регистры, программные переключатели , формирователь импульсов и триггер, подключенный установочным входом и входом обнуления к первому и второму входам блока выбора характеристик генерируемой функции соответственно , а выходом - к второму выходу блока выбора характеристик генерируемой функции и к входу формирователя импульсов, соединенного выходом с первым выходом блока выбора характеристик генерируемой функции и с управляющими входами четырех регистров, каждый из которых подключен информационными входами к вьгхо-дам соответствующего программного

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

С19> Сй>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 i ) 35514 20/18-24 (22) 14. 02. 83 (46) 15. 05. 84. Бюл. № 18 (72) О.Н.Партала (53) 681.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 840853, кл. С 06 F 1/02, 1978

2. Авторское свидетельство СССР № 970631, кл. Н 03 В 19/00, 1980, 3 ° Техника средств связи. Серия

"Радиоизмерительная техника". Вып.

6(10). N., 1977,. с. 1-9(прототип), (54)(57) 1. ФУНКЦИОНАЛЬНЬЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик адреса, подключенный выходами K входам запоминающего устройства значений синусов, и цифроаналогогий преобразователь, соединенный выходом с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом функционального генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, в него дополнительно введены элемент И,.счетчик аргумента, блок памяти частот, преобразователь код-частота, блок памяти амплитуд, . блок выбора характеристик генерируемой функции и блок умножения, подключенный выходами к входам цифроаналогового преобразователя, первой группой входов — к выходам запоминающего устройства значений синусов, а второй группой входов — к выходам блока памяти амплитуд, соединенного первой группой адресных входов с первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции и с первой группой адресных входов блока памяти частот, а второй группой адресных

3(50 6 06 Г 1/02 1/02; С 06 J 3/00 входов — с выходами счетчика аргумента и с второй группой адресных входов блока памяти частот, подключенного выходами через преобразователь код — частота к счетному входу счетчика адреса, соединенного установочными входами с второй группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции, подключенного первым входом к шине запуска функционального генератора, вторым входом — к выходу переполнения счетчика аргумента, первым выходом — к входам управления установкой кода счетчика аргумента и счетчика адреса, вторым входом — к первому входу элемента

С2

И, а третьей группой выходов — к ус- Ж таповочным входам счетчика аргумента, соединенного счетным входом с выходом элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора тактовых импульсов.

2. Генератор по и. 1, о т л и ч а- >а ю шийся тем, что блок выбора характеристик генерируемой функции содержит регистры, программные переключатели, формирователь импульсов и триггер, подключенный установочным входом и входом обнуления к первому и второму входам блока выбора характеристик генерируемой функции соответственно, а выходом — к второму выходу блока выбора характеристик генерируемой функции и к входу формирователя импульсов, соединенного 3в выходом с первым выходом блока выбора характеристик генерируемой функции и с управляющими входами четырех регистров, каждый из которых подключен информационными входами к выхо= дам соответствующего программного

1092483 переключателя, причем выходы первого и второго регистров являются первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции, а

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для генерирования сигналов сложной формы, в частности, осциллирующих функций. .

Известен функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, преобразователь код-частота, блок управления, элемент ИЛИ, формирователь периода, распределитель, блок памяти, регистр, коммутатор и цифроаналоговые преобразователи Ц) .

Недостатком этого генератора является ограниченный класс воспроизводимых функций.

Известен также функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счетчики, коммутаторы, сумматоры, запоминающие устройства, блоки переключателей, умножители, формирователь импульсов, триггер, ключ, блок сравнения, квадратор, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот (2).

Недостатками данного генератора являются сложность технической реализации и пониженное быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик адреса, подключенный выходами к входам запоминающего устрой— ства значений синусов, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный выходом с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом 35 функционального генератора, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к счетному входу счетчика адреса, а выходы запоминающего устройства соединены с входами цифро-.ана- 40 логового преобразователя 13).

Недостатком такого генератора является ограниченный класс воспроизводимых функций из-за ограниченности объема запоминающего устройства, 45 выходы третьего и четвертого регистров — второй и третьей группами выходов блока выбора характеристик генерируемой функции. соответственно.

2 не позволяющего воспроизводить, в частности осциллирующие функции.

Цель изобретения — расширение класса воспроизводимых функций, Поставленная цель достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик, подключенный выходами к входам запоминающего устройства значений синусов, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный выходом с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом функционального генератора, дополнительно введены элемент И, счетчик аргумента, блок памяти частот, преобразователь код-частота, блок памяти амплитуд, блок выбора характеристик генерируемой функции и блок умножения, подключенный выходами к входам цифроаналогового преобразователя, первой группой входов — к выходам запоминающего устройства значений синусов, а второй группой входов к выходам блока памяти амплитуд, соединенного первой группой адресных входов с первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции и с первой группой адресных входов блока памяти частот, а второй группой адресных входов — с выходами счетчика аргумента и с второй группой адресных входов блока памяти частот, подключенного выходами через преобразователь код-частота к счетному входу счетчика адреса, соединенного установочными входами с второй группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции, подключенного первым входом к шине запуска функционального генератора„ вторым входом — к выходу переполнения счетчика аргумента, первым выходом— к входам управления установкой кода счетчика аргумента и счетчика адреса, вторым входом — к первому входу поступает на первый вход элемента И 2 и открывает его. Тактовые импульсы с генератора 2 тактовых импульсов

3 10924 элемента И, а третьей группой выходов — к установочным входам счетчика аргумента, соединенного счетным входом с выходом элемента И, подключенного вторым входом к выходу гене5 ратора тактовых импульсов.

Блок выбора характеристик генерируемой функции содержит регистры, программные переключатели, формирователь импульсов и триггер, подклю- 1ð ченный установочным входом и входом обнуления к первому и второму входам. блока выбора характеристик генерируемой функции соответственно, а выходом — к второму выходу блока выбо15 ра характеристик генерируемой функции и к входу формирователя импульсов, соединенного выходом с первым выходом блока выбора характеристик генерируемой функции и с управляющими входами четырех регистров, каждый из которых подключен информационными входами к выходам соответствующего программного переключателя, причем выходы первого и второго р гистров 25 являются первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции, а выходы третьего и четвертого регистров — второй и третьей группами выходов блока выбора характеристик генерируемой функции соответственна.

На фиг. 1 изображена блок-схема функционального генератора; на фиг.2функциональная блок-схема выбора характеристик генерируемой функции; на фиг. 3 — примеры, поясняющие работу функционального генератора.

Функциональный генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, элемент И 2, счетчик 3 аргумента, блок

4 выбора характеристик генерируемой функции, блок 5 памяти частот, блок

6 памяти амплитуд, преобразователь

7 код-частота, счетчик 8 адреса, запоминающее устройство 9 значений

45 синусов, блок 10 умножения, цифроаналоговый преобразователь 11 и фильтр

12 нижних частот, шину 13 запуска °

83 4 ходов блока 4 образуют выходы 21 регистра 17, второй выход блока 4 обозначен позицией 22, первый выход — 23.

В основе работы функционального генератора лежит представление осциллирующих специальных функций в виде синусоидального напряжения с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой

A(t + t) sinЬ (t + t) + о1 где to — исходный момент времени;

У вЂ” исходная фаза колебания.

Введение исходного момента времени связано с тем, что некоторые специальные функции имеют в начале координат значения равные бесконечности и их необходимо генерировать, начиная с определенного значения аргумента.

Амплитудная и частотная функции

A(t) и с>(t) записываются в виде последовательности цифровых кодов в запоминающее устройство 5 частот и запоминающее устройство 6 амплитуд.

Выбор этих последовательностей производится одновременно кодом счетчика 3 аргумента, у которого выходы разрядов подключены к второй группе адресных входов блоков 5 и 6. Первая группа адресных входов этих блоков задается с блока 4 и обозначает вид специальной функции и ее номер.

Функциональный генератор работает следующим образом.

Пусковой импульс по входу 24 запускает триггер 14 (фиг. 2). С прямого выхода триггера 14 потенциал логической "1" по выходу 22 блока 4 через элемент И 2 поступают на счетный вход счетчика 3 аргумента. Этот же потенциал логической "1" с триггера 14 поступает на формирователь

15 импульсов, который по переднему

Блок 4 содержит триггер 14, форми-5о рователь 15 импульсов, четыре программных переключателя 16», 16, 16», 164 и четыре регистра 17», 17, 17, 174 . Первую группу выходов блока 4 образуют выходы 18 регистра 17»,55 и выходы 19 регистра 174, вторую группу выходов блока 4 образуют выходы

20 регистра 17>, третью группу выфронту вырабатывает короткий импульс.

Внутри блока 4 этот импульс поступает на управляющие входы регистров

17» — 174 и в эти регистры производится запись кодов с программных переключателей t6» — 164 . Еод программного переключателя 16» обозначает вид специальной функции, например, 0001 — функции Бесселя, 0110 — поли1092

ЗО

% номы Лагерра и т.п. Код программного переключателя 16< обозначает номер функции, например, 0000 — функция Бесселя 3 (t) 0111 — функция

Бесселя J,,(t) и т.д. Код программного переключателя 16 обозначает исходную фазу колебания f0,,код программного переключателя 16 обозначает значение аргумента, с которого начинается формирование специальной 1б функции. Короткий импульс с формирователя 15 по выходу 23 блока 4 поступает на входы управления установкой кода счетчика 3 аргумента и счетчика 8 адреса. В счетчик 3 аргумента по этому импульсу заносится код начального значения аргумента с группы выходов 2 1 блока 4, в счетчик 8 адреса заносится код исходной фазы колебаний с группы выходов 20 блока 4. Таким образом, генерирование специальной функции начинается с некоторых исходных значений аргумента и начальной фазы.

Импульсы генератора 1 тактовых им- 5 пульсов, поступающие на вход счетчика 3 аргумента через элемент И 2, изменяют число на выходах разрядов счетчика 3. Этим изменяется адрес на вторых группах адресных входов запоминающих устройств 5 и 6 и на выходах этих устройств появляются коды значений амплитудной и частотной функций для выбранного вида и номера функции, заданных по первым группам

35 адресных входов устройств 5 и 6 с блока 4. Код частотной функции поступает на преобразователь 7 код-частота, с выхода которого импульсы переменной частоты поступают на счетный вход счетчика 8. Число на выходах разрядов счетчика 8 меняется быстрее или медленнее в зависимости от кода частотной функции. В запоминающем устройстве значений 9 синусов

45 хранятся значения синусов чисел, поступающих на адресные входы. Эти синусы в виде цифровых кодов поступают на первую группу входов блока 10 умножения, а на вторую группу входов

50, этого блока поступает код амплитудной функции с запоминающего устройства 6. Цифровой код произведения с выходов блока 10 умножения поступает на цифроаналоговьцФпреобразователь 11

483 где преобразуется в аналоговое напряжение, фильтр 12 нижних частот сглаживает ступенчатые изменения этого напряжения.

На фиг. 3 в качестве примеров представлены амплитудные и частотные функции для 11-й функции параболического цилиндра 7« (t) и для 2-й функции Бесселя 1 (t). Значения амплитудной и частотной функций для каждого конкретного случая определяются непосредственно по графикам и таблицам специальных функций, так как аналитически их определить трудно.

Например, амплитудную функцию можно приближенно построить по значениям максимумов осциллирующей функции, а частотную — по интервалам между нулями. Полученные дискретные значения на графике соединяются плавной линией, а затем аппроксимируются ступенчатой функцией (фиг. 3).

Ступенчато изменяющиеся значения амплитудной и частотной функций для различных специальных функций записываются в блоки 5 и 6 памяти. В таком виде функциональный генератор готов к работе. Программными пере" ключателями 16 — 1бф задают вид и номер функции, начальную фазу (например, на фиг. 3а при = 0 начальная фаза равна 180, а на Фиг. 3Б—

0 ) и, при необходимости начальное значение аргумента (такая необходимость возникает в тех случаях, если в точке = 0 начальное значение специальной функции равно бесконечности.

При аппаратурной реализации функциональный генератор несложен: счетчики 3 и 8 потребуют по 2 микросхемы

К155ИЕ7, блоки выбора характеристик—

4 микросхемы К155ИР13 и одну

К155ТМ2, ПЗУ 5,6,,9 по 1-2 микросхемы

К556РТ5, преобразователь код-частота импульсов — 2 микросхемы К155ИЕ8 и 2 — К155ИЕ5, блок умножения потребует 8 микросхем, цифроаналоговый преобразователь 11 и фильтр 12 нижних частот — по 1 микросхеме. Вместе с остальными узлами это составляет

27-30 микросхем (все расчеты даны для 8-разрядной реализации генератора).

1 092483

1 092483

Заказ 3255/32 Тираж 699

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Moeква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал П1Ш "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С. Казинов

Редактор И, Касарда Техред И.Метелева Корректор С. Шекмар