Цифровой генератор функций

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в моделируюищх и испытательных комплексах в качестве быстродействующего генератора сложных функциональных зависимостей . Целью изобретения является повышение быстродействия цифрового генератора. В состав генератора входят генератор импульсов, делитель частоты, четыре счетчика, три блока памяти, блок памяти управляющей инфopмalI и , два сдвиговых регистра , ьгультиплексор, узел регистров, два элемента ИЛИ, генератор одиночных импульсов и регистр коэффициентов. Повышение быстродействия цифрового генератора достигается благодаря увеличению скорости вьщачи выходного кода и возможности получения произвольного по модулю приращения выходного кода за один такт на произвольном такте . Класс воспроизводимых функцийрасширяется за счет аппроксимации сплайнами произвольного вида с произвольными по знаку и модулю приращениягт на любом такте, причем набор сплайнов хранится в блоках памяти, откуда они вызываются в соответствии с программой воспроизведения. Увеличение скорости вьдачи выходного кода достигается за счет распараллеливания процессов выборки параметров из медленнодействующих блоков памяти и процессов их обработки в быстродействующих регистрах, мультиплексоре и выходном реверсивном счетчике. 7 ил. to (Л ISD со О) 4 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

SU» 2 6451 (51) 4 G 06 F 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»»»»»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3810781/24-24 (22) 10. 11. 84 (46) 07.06.86. Бюл. У 21 (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) С.А.Никищенков и А.О.Тимофеев (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельстно СССР

У 809125, кл. G 06 F 1/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

11" 1108426, кл. G 06 F 1/02, 1983 ° (54) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ (57) Изобретение относится к автоматике и нычислительной технике и предназначено для использования в моделирующих и испытательных комплексах в качестве быстродействующего генератора сложных функциональных зависимостей. Целью изобретения является повышение быстродействия цифрового генератора. В состав генератора входят генератор импульсов, делитель частоты, четыре счетчика, три блока памяти, блок памяти управляющей информации, два сдвиговых регистра, мультиплексор, узел регистров, дна элемента ИЛИ, генератор одиночных импульсов и регистр коэффициентов. Повышение быстродействия цифроного генератора достигается благодаря увеличению скорости выдачи выходного кода и возможности получения произвольного по модулю приращения выходного кода за один такт на произвольном такте. Класс воспроизводимых функций. расширяется за счет аппроксимации сплайнами произвольного нида с произвольными по знаку и модулю приращениями на любом такте, причем набор сплайнон хранится в блоках памяти, откуда они вызываются н соответствии с программой воспроизведения. Увеличение скорости выдачи выходного кода достигается за счет распараллеливания процессов выборки параметров из медленнодейстнующих блоков памяти и процессов их обработки в быстродействующих регистрах, мультиплексоре и выходном реверсивном счетчике. 7 ил.

1236451

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в моделирующих и испьггательных комплексах в качестве быстродействующего генера- 5 тора сложных функциональных зависимостей.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 — соответственно графики, иллюстрирующие максимально допустимый модуль наклона выходного сигнала и дли1й тельность сигнала произвольной формы; на фиг. 4 — 6 — примеры воспроизводимых устройством сплайнов и составленных из них фуккций; на фиг. 7 график и базисные кодовые последовательности одного из возможных генери2О руемых сплайнов.

Цифровой генератор содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, счетчики 3 и 4, блок 5 памяти, э5 блок б памяти управляющей информации, реверсивный счетчик 7, цифроаналого— вый преобразователь 8, блоки 9 и 10 памяти, сдвиговые регистры 11 и 12, элемент ИЛИ 13, счетчик 14, мультиплексор 15, регистры 16 и 17 узла 18 регистров, ре истр l 9 коэффициентов, элемент ИЛИ 20, генератор 2 1 оциночных импульсов, цифровой 22 и аналоговый 23 выходы цифрового генератора.

Генератор функций работает следую- 35 щим образом.

В режиме настройки в блоки 5 и 9 в каждую строку с номером (адресом)

N (N=O,1,...,d-1, где d — количество строк в идентичных блоках 5 и 9) за- 40 — 1 Äi носятся двоичное слово < S )=cS„

I 1

S,. ° ° S . 1 и слово S„ ) =<Бок

S, „,..., Б, 1,g ), (соответственно для блока 5 и 9), определяющие в режиме ! воспроизведения последовательности S 45 и S состояний соответственно первого и второго управляющих входов счетчика. 7. В блок 10 в каждую строку с номером (адресом) N(N=0. 1, ° . °,b-1, где b — число строк блока 10) =-ано- 50

3 3 сится двоичное слово =

S - . °, Sg.1 g >, определяющее в ре,М жиме воспроизведения последователь-з ность S n — разрядных кодов установки

1ч

2 3 счетчика 7. Слова (S„), S > и S, 55 взятые для одного участка аппроксимации (шага программы), представляют соответственно битовый вектор состояний первого управляющего входа, битовьп1 вектор состояний второго управляющего входа и сжатый" (последовательность П ) кодовый вектор состояний

hJ входа установки реверсивного счетчика 7, при этом формат слов Б и Б„равен С, формат слова < S >2 - 3

-(g-1)n где и является форматом слова Б „(X=O 1,...,g — 1) . В блок 6 за— носится программа воспроизведения заданной функции в виде последователь2 31 = -1 ности слов К,N. „N, N. >. где

1 3

К,N,,N, N — соответственно коды на втором, первом, третьем и четвертом выходах блока 6 на шаге программы i, определяемым кодом на выходе счетчика 4; m — число шагов программы.

Исходным состоянием устройства после записи данных в блоки 5, 6, 9 и 10 являются нулевые состояния блоков 2,4,7,14 и состояние переполнения (состояние С-1) счетчика 3 номера такта (схема установки в исходное не показана на фиг. 1, причем при отсутствии исходной установки указанных блоков через определенное число тактов в режиме воспроизведения генерируемая функциональная последователь— ность кодов на выходе 2" примет над лежащий вид). При этом на выходах блока б с первого по четвертый присутствуют коды соответственно номера строки N, блока 5, коэффициента деле2 ния делителя 2, номера строки N,,з блока 9 и номера строки N блока 10, на выходе блока 5 — код (S > к=к",, на выходе блока 9 — код (S >„11", на о выходе блока 10 — код (S > з, при14 К=К, чем данные на выходах блоков 5, 9 и 10 определяют вид сплайна, а К, коэффициент маспггабирования по оси времени для 0 участка аппроксимации.

Затем генератором 21 вырабатывается оциночный импульс, проходящий через элемент ИЛИ 20. По переднему фронту импульса в регистры 11 и 12, ка управляющих входах которых со счетчика 3 (находящегося к этому моменту в состоянии псреполнения) поступает уровень 0 (режим записи регистров 11 и 12), записьпзаются соответственно вект1зры (S >„,. <1 и (Б, ", . Через гремя задержки в счетчике 3 ка его выходе уровень изменяется ка "1" (нулевое состояние) . По этому фронту прои< ходит запись кода <, в регистр 19, запись вектора з о в регистрь1 16-17 узла 18 и увеличе1 2364 воспроизводимой зависимости, состоящей из сплайнов, полученных при использовании, последовательностей

1, 2 таких, что S VS =1; на фиг. 6 — пример воспроизводимой зависимости, состоящей из сплайнов, определенных про

1 извольными последовательностями $, 2 3

SN SN.

Формула из о брет ения

Цифровой генератор функций, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, два счетчика, блок памяти, блок памяти управляющей информации, реверсивный счетчик, причем выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, адресный вход первого блока памяти подключен к выходам разрядов первой группы поля адресации блока памяти управляющей информации, адресный вход которого подключен к выходу первого счетчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше25 ния быстродействия, в него введены два блока памяти, два сдвиговых регистра, два элемента ИЛИ, счетчик, мультиплексор, узел регистров, генератор одиночных импульсов, регистр коэффициентов, причем выход регистра коэффициентов подключен к управляющему входу делителя частоты, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, входу синхронизации третьего счетчика и входу синхронизации реверсивного счетчика, первый и второй управляющие входы которого объединены соответственно с первым и вторым входами второго 40

51 8 элемента ИЛИ и подключены соответственно к информационным выходам первого и второго сдвиговых регистров, входы синхронизации которых и вход синхронизации второго счетчика подключены к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора одиночных импульсов, входы установки первого и второго сдвиговых регистров подключены к выходам первого и третьего блоков памяти соответственно, адресный вход третьего блока памяти подключен к выходам разрядов поля адресации блока памяти управляющей информации, вход установки регистра коэффициентов подключен к выходам разря- дов поля коэффициента деления блока памяти управляющей информации, .выходы разрядов третьей группы поля адресации блока памяти управляющей информации подключены к адресному входу четвертого блока памяти, информационные выходы которого подключены к входам установки регистров узла, I выход переполнения второго счетчика подключен к разрешающим входам первого и второго сдвиговых регистров, входу сброса третьего счетчика, входу синхронизации первого счетчика, входам синхронизации регистра коэффициентов и регистров узла, выходы которых подключены к информационным входам мультиплексора, управляюащй вход которorо подключен к выходу третьего счетчика, вход прямого счета которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, выход мультиплексора подключен к входу установки реверсивного счетчика.

123645 I

7=at rg

Фиг. z уЩ рп /

0 г- Z г З Ф 5 б 7 д У о н

Фаг. е

1236451 ние на единицу кода на выходе счетчика 4. Через время задержки в блоке 6 памяти на его выходах появляетl2 э ся слово К„,N И„,N; ), а через время задержки в блоках 5, 9 10 на входе установки регистра 11, входе установки регистра 12 и входах установки регистров 16-17 узла 18 устанавли1 ваются соответственно вектор S "„.„,, вектор <Б и вектор (Б > ь, 2 1 10 и й=й н ч=м, соответствующие первому участку аппроксимации.

Перед началом режима воспроизведения на первом управляющем входе, втором управляющем входе и входе установки счетчика 7 присутствуют соответственно логические уровни S (Ы=М,), S, (Ы=Н. ) и код S. (N=N,), хранящийся в регистре 16 (при сброшенномм счетчике 14 мультиплексор 15 подключает к входу установки счетчика 7 выход регистра 16), например, на фиг. 4 эти значения равны, соответ- ственно 1, 1 и 5.

Режим воспроизведения начинается с подачи импульсов частоты f с генератора 1.

По каждому импульсу с выхода делителя 2, определяющему такт (максимальная частота этих импульсов равна ЗО

f, ), срабатывают блоки 7,14 и 20, а через время задержки в элементе ИЛИ 20 — блоки 3, 11, 12.

Выходной код счетчика 7 принимает одно из следующих четырех саста-З яний после прихода импульса на его вход синхронизации от состояний управлящий входов и входа установки непосредственно перед приходом импульса: увеличивается на единицу при S„=0; що

S 1; П =Х (где S,Б„ и п состояние соответственно первого, второго управляющих входом и входа установки;

Х вЂ” произвольное значение), уменьша1 ется на единицу при S =1; SN=О; П =Х, 1д сохраняет предыдущее состояние при

Б =$ =1; П =Х, устанавливается в состоянйе П„при Б =Б„=0 (фиг. 4, моменты поступления импульсов показаны на оси t, а ниже их — саответст1 ф вующие значения Б Бм и Бя ° причем

М временная задержка в счетчике 7 не показана).

Регистры 11 и 12 работают в режиме сдвига или записи данных с входов установки соответственно при уровне

"1" или "0" на их управляюших входах.

На каждом такте j с (С ° i)-ro по (С.i+

+С-2)-Й в них происходят сдвиг после-! довательнастей Б и S (аналогично

Ц М известному) и выдача на первый и второй управляющие входы счетчика 7 на( вых значений $ и $, а на такте ц N

j =c (i+ > ) — — запис ь новых векторов

1 с $ и а S (при состояний управляю(! И ип х входов счетчика 7 изменяются

9 t 2. с $,,„и $,, на Б„„, и Б,;,„, где М совпадают или отличаются в зависимости ат программы) . Управление режимом регистров 11 и 12 осуществляет суммирующий счетчик 3, который при достижении с стояния переполнения, равнага С-1, выдает HB время одного такта уровень "0" на входы управления регистров 11 и 12.

Счетчик 14 работает в режиме сохранения состояния или в режиме сложения (управления мультиплексором 15) при уровне на его управляющем входе соответственно "1" или "0", причем уровень "0" появляется на тактах, 2 когда S Y $ =0 (режим установки счетй "rq чика 7), чта обеспечивается элементом ИЛИ 13, При увеличении тока на выходе счетчика 14 с нуля по максимальное значение (g 1) мультиплексор 15 поочередно подключает к входу установки счетчика 7 выходы регистров узла 18 с регистра 16 па регистр 17, организуя на входе устанав-3 ки счетчика 7 последовательность Б,„, чта обеспечивается соответствующими подключением (например, по порядку) входов установки и выходов регистров 16-17 соответственно к выходам блока 10 и информационным входам мультиплексора 15 (фиг. 1). Мультиплексор 15 представляет собой мультиплексор g n-разрядных шин в одну.

В соответствии с заданными на данНоМ участке аппроксимации паследа4 2 вательностями Бм и SN счетчик 14, та сохраняет предыдущее состояние, та осуществляет сложение импульсов на входе синхронизации, начиная с этого состояния. Тем самым на входе установки счетчика 7 в течение участка организуется последовательность кодов nщ, однозначно опреде1 ленная последовательностями $<, $>

-з и Бм (фиг. 7) . Длина последовательности S определяется из требуемого

3 класса сплайнав, в предельном случае

gC, на практике g(C (фиг. 7), испальэава ие описанного функционирования счетчика 14 позволяет умень1236451 шить требуемый объем аппаратуры.

При переходе на новый участок аппроксимации па импульсу с выхода счетчика 3 сбрасывается счетчик 14 и происходит подключение выхода регистра 16 к входу установки счетчика 7, т.е. всегда выполняется

Таким образом, на каждом участке IO аппроксимации i предлагаемьй ЦГФ воспроизводит сплайн S; (фиг. 4, U(t) аналоговая функция на выходе 23, V(t) — цифровая на выходе 22), определенный последовательностями SN(N= !5

N; ), Б (N=N, ) и Б (11=И ) . Каждая из них принадлежит набору последовательностей, хранящемуся в виде векторов соответственно в блоках 5, 9 и 10 памяти, вызывается о номеру 20 и (соответственно N и N,) и в конце участка i-1 записывается в соответствующий регистр (S — в узел регистров). Сплайн может иметь произвольный вид, поскольку возмбжна полу- 5 чение на каждом такте приращения, произвольного по знаку и модулю (фиг. 7), На тактах 1=с(+1) — 1 в конце участка i происходит перехо,д устрой- ЗО ства на следующим участок аппроксимации.

По импульсу с выхода элемента

ИШ4 20 в регистры 11 и 12 записывают1 ся соответственно векторы (SM, г

И и (S >„„,, причем управление ре,ц жимом регистров 11 и 12 осуществляет счетчик 3. Затем по положительному фронту на выходе счетчика 3 проис— ходит сброс счетчика 14, запись К;,< 4О

-, з " в регистр 19, запись вектора (5 > „ в регистры узла 18 и увеличение на единицу кода на выходе счетчика 14, что вызывает переадресацию блоков 6 и 5, 9, 10 памяти. Затем начинается новый участок аппроксимации и т.д.

На участке аппроксимации i счетчик 4 находится в состоянии i+1 что обеспечено в режиме настройки подачей одиночного импульса с генерато- " ра 21. В течение участка 3. в блоках 6 и 5, 9, 10 протекают переходные процессы по вызову параметров следующего

1+1-ro участка, заканчивающиеся к концу i-ro участка. Для этого необходимо выполнение условия

L +7 + +7 < cь1

Ъ 4 6 5

Ъ где pt — допустимое вреМя такта в предлагаемом устройстве; задержка в блоке с номерам Й согласно фиг. 1.

Таким образом, на предлагаемом ЦГФ используют принципы упреждения (на

i-и участке счетчик 4 находится в состоянии .i+1), структуризации данных (выдача блоками 5,9 и 10 памяти параметров сплайна в ниде векторов) и конвейеризации (в один момент времени происходят выборка параметров следующего участка, хранение и выдача параметров приращения выходного кода ЦГФ для j+1-га такта, обработка в реверсивном счетчике параметров при- . ращений j-ro такта) .

Дпя обеспечения заданного функционирования ЦГФ выполняются условия на каждом такте; частота тактовых импульсов не превышает допустимую для каждого блока, срабатывающего на каждом такте, следующий импульс на вход синхронизации "÷åò÷èêà 7 поступает после смены состояний управляющих входов и входа установки, вызванной предыдущим тактовым импульсом,. установка 0 на управляющем входе счетчи-ка l4 в результате прихода импульса на входы синхронизации регистров 11 и 12 происходит раньше прихода следующего импульса синхронизации, при переходе на следующий участок i+1: уровень "0 формируется на входах управления регистров 11 и 12 к моменту поступления на их входы синхронизации c(i+1)-1-га импульса, а после него снимается, новый кад коэффициента деления К, „устанавливается на управляющем входе делителя 2 да прихода следующего импульса с выхода генератара 1, герехадныи процесс в мультиплексоре 15„вызванный сбросом счетчика 14 и записью нового кода в регистр 16, заканчивается к приходу импульса на вход синхронизации счетчика 7, параметры i+2-га участка поступают на входы установки регистров 11, 12 и 19 и регистров узла 18 да прихода следующего импульса с выхода счетчика 3.

На фиг. 4 показан пример воспроизводимой зависимости, састаящей.из сплайнов, получаемых при использовании на участке последовательностей

Я и S таких, чта в одной из них все единицы; на фиг. 5 — пример

1236451

ZB

16

12

0 1 2 3 Е 5 B 7 B У 101 1213ПБЮ71819М2122Л20252027О29З З1

SHt: 1 1100o00000000 i 111111 о о t i i f100t f

3 1 r 1111OuOOeO t r 1100011 r г 11 i ОО ОООа

Пи 5 5 5 5 5 5 1015 1924272727272727272727272727272727Г737Я202020

5 t0 t5t92Ì7 2420

Фиг. 7

Составитель С ° Курош

Редактор Н. Гунько Техред И.Попович Корректор М Шароши

Заказ 3090/50 Тираж 671 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óêãoðîä, ул.Проектная, 4