Цифровой широтно-импульсный модулятор

 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в системах связи и системах автоматического управления. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, двоичный счетчик 2, сумматор 3, фазовый компаратор 4. два регистра 5, 6, логическую матрицу 7, источник сигнала 8. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 К 7/08

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТ ЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793795/21 (22) 20,02.90 (46) 15,09.92. Бюл. ¹ 34 (71) Алма-Атинский энергетический институт (72) А.В.Помазкин (56) Злектроника СБИС Проектирование микроструктур, пер. с англ. под ред. Н.Айнспрука, М.. Мир, 1989, стр, 187.

Авторское свидетельство СССР

Q 1083357, кл. Н 03 К 7/08, 1982.,,Я „, 1762402 А1 (54) ЦИФРОВОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР (57) Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в системах связи и системах автоматического управления. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, двоичный счетчик 2, сумматор 3, фазовый компаратор

4. два регистра 5, 6, логическую матрицу 7, источник сигнала 8. 1 ил.

1762402

40

Цифровой широтно-импульсный модулятор относится к импульсной технике и предназначен для использования в системах связи и системах автоматического управления.

Цель изобретения — уменьшение погрешности преобразования при работе цифрового широтно-импульсного модулятора на высоких тактовых частотах генератора тактовых импульсов цифрового широтноимпульсного модулятора.

На чертеже представлена блок-схема цифрового широтна-импульсного модулятора.

Цифровой широтно-импульсный модулятор содержит генератор тактовых импульсов 1. двоичный счетчик 2, сумматор 3, фазовый компаратор 4, первый регистр 5, второй регистр б, логическую матрицу 7, источник сигнала 8, при этом выход генератора 1 соединен са счетнь1м входом двоичного счетчика 2, N разрядных выходов которого соединены с первой группой из N входов сумматора 3, выходы старших разрядов двоичного счетчика 2 и сумматора 3 соединены со входами фазового компаратора 4, выход которого соединен с выходной шиной. выходы логической матрицы 7 подсоединены соответственно к входу источника сигнала 8 и управляющим входам

pervIcTooR 5, б, N-1 разрядный BI Ixop, vlcTORника сигнала 8 соединен с М-1 аээрядным входам первого регистра 5, М-1 разрядные выхадь которого соединены с N-1 разрядными входами второго регистра б, N-1 разрядные выходы которого подключены к второй группе иэ N-j входов сумматора 3, э входы логической матрицы 7 соединены с выходами дваичнага счетчика?, Устройство работает следующим абразом.

Импульсы с выхода генератора 1 поступают на счетный вход двоичного счетчика 2, на выходах которого формируется N последовательностей прямоугольных импульсов, каждая иэ которых поступает на соответствующий разряд N разрядного сумматора 3, на вторую половину которого (кроме старшега разряда) падается управляющий двоичный код от второго регистра б. Для правильной рабаты цифрового широтно-импульсного модулятора на вход старшего разряда второй половины сумматора 3 необходимо подать код, соответствующий логичес кому нулю. Последовательность наименьшей частаты, вырабатываемая старшим разрядом двоичного счетчика 2, поступает на первый вход фазового компаратора 4, на второй вход кота рагс поступает последовательность r. выхода старшего разряда сумматора 3. Сдвиг фаэ между последовательностями зависит от управляющего двоичного кода на второй половине входов сумматора 3 (кроме старшего разряда), чем он больше, тем последовательность с выхода сумматора 3 больше опережает последовательность с выхода счетчика 2 и наоборот.

Таким образом, изменяя код на второй половине входов сумматора 3 (кроме старшего разряда), на выходе фазового компарэтора

4 можно получить широтно-импульсную последовательность. При этом изменение длительности положительных импульсов на выходе компаратора 4 происходит при неизменном периоде и фазе. Частота тактового генератора 1 должна в 2" раз быть больше требуемой частоты широтно-модулированных импульсов, n = N-1.

Управляющий кад на второй половине входов сумматора 3 определяется кодом, хранящимся в регистре 6, выход которого соедине . с в арой половиной сумматора 3.

Код в регистре 6 сменяется всякий раз, когда нэ входах логической матрицы 7 появляются уровни напряжения, соответствующие логической единице, при этом логическая матрица 7 вырабатывает стробирующие импульсы, подаваемые на управляющие входы регистра б, и в регистр б записывается код, хранящийся в регистре 5, выходы которого соединены с входами регистра 6, Код, записываемый в регистр 5, исходит от источника сигнала 8. Причем появление нэ управляющем входе регистра 5 страбирующего импульса записи, исходящего с выхода логической матрицы б,происходит позднее появления сигнала запроса данных источнику 8, исходящего от логической матрицы

7. Время запаздывания импульса записи сигнала запроса данных ат источника 8 составляет величину Т > ядр + г», большую чем время t rI çàäåðæêè апертуры и ядр дребезга апертуры.

Таким образом, запись кода в регистр 5 происходит после установления устойчивых логических уровней на выходной шине источника сигнала 8 и происходит с учетом задержки апертуры s источнике сигнала 8 и с учетом времени дребезга апертуры на выходных шинах источника сигнала. При этом не изменяется управляющий кад, хранящийся в регистре 6, и, следовательно, не изменяется последовательность, вырабатываемая сумматором 3, равно как и последовательность на выходе устройства. Запись же в регистр 6 нового управляющего кода происходит лишь после того, как очередной широтно-модулированный импульс сформирован, так как это происходит не раньше

1762402 того момента, когда показания счетчика 2 близки к максимальным (максимальны).

Источником сигнала 8 цифрового широтно-импульсного модулятора может являться микропроцессорная система, тогда под апертурным сдвигом в источнике сигнала можно понимать время, затрачиваемое микропроцессорной системой с момента начала выполнения микропроцессорной системой программы обработки некоторых переменных исходных данных до момента появления на выходных шинах источника сигнала кода, соответствующего указанным исходным данным.

Тогда апертурный сдвиг можно достаточно точно определить как

l àï = —,), CI, т где f — тактовая частота микропроцессорной системы;

С вЂ” количество тактов. необходимое для выполнения l-ой команды;

К вЂ” общее число выполняемых микропроцессорной системой команд,необходимых для обработки исходных данных и выдачу кода на выходные шины.

Если бы г,п было достаточно малым по сравнению с периодом широтно-модулированных импульсов или r» = О, что означает постоянство кода на выходных шинах микропроцессорной.системы, то появление (сменэ) кода на вторых входах сумматора 3 в моменты времени, соответствующие окончанию формирования широтно-модулированного импульса не приводило бы к ошибке в работе прототипа.

Однако с ростом тактовой частоты генератора 1 тактовых импульсов, что необходимо в случае работы с выходным кодом источника сигнала 8, имеющим большую разрядность, а также в случае увеличения необходимой частоты широтно-модулированных импульсов, может сложиться такая ситуация, при которой г» может достигать неприемлемых значений.

Например, при тактовой частоте микропроцессорной системы f> = 4 МГц, максимально возможным числом команд, необходимых для обработки данных и выдачи кода на выходные шины, К = 30, среднем числе тактов, необходимых для выполнения одной команды. С = 9 при периоде следования выходных широтно-модулированных импульсов 100 микросекунд, имеем максимально возможной апертурный сдвиг

Tan = — К С = 67,5 мкс, 1т что составляет более половины периода выходных широтно-модулированных импульсов и неприемлемо, потому что приводит к ошибке в работе прототипа, тэк KAK микропроцессорная система может не успеть выдать соответствующий код к моменту

5 времени, когда в цифровом широтно-импульсном модуляторе начинается формирование очередного широтно-модулированного импульса.

Таким образом, апертурный сдвиг в рас10 сматриваемом примере находится s пределе 0» г,п = 67,5 мкс, принимая некоторые промежуточные значения, так как в общем случае программа обработки данных микропроцессорной системой име15 ет несколько трасс, которым можно сопоставить различные

67,5 мкс и которым можно сопоставить переменные исходные данные. Поэтому усредненная во времени ошибка прототипа

20 носит характер постоянной погрешности.

При работе в укаэанных условиях предлагаемый цифровой широтно-импульсный модулятор исключает возможность ошибки при задержке апертуры в источнике сигна25 ла. при этом твп может быть близким к периоду широтно-модулированных импульсов.

В условиях работы, приведенных в данном примере, возможна следующая организация работы цифрового широтно-импульсного модулятора. Во время, близкое к началу формирования текущего широтно-модулированного импульса, длительность которого определяется кодом.

35 хранящимся в регистре 6, с выхода логической матрицы 7 выдается сигнал "запрос прерывания" микропроцессорной системы, которая начинает обработку новых текущих данных. Так как заранее известно, что апер40 турный сдвиг в микропроцессорной системе не может превышать величину z,n по истечении этого времени логической матрицы 7 выдается стробирующий сигнал регистру 5, в который записывается новый код, приня45 тый с выходных шин микропроцессорной системы, а в момент времени блиэхой к окончанию текущего периода формирования широтно-модулированного импульса, логической матрицей 7 выдается стробирующий сигнал записи в регистр 6. в который записывается новый код с выхода регистра

5. Таким образом, к моменту формирования нового широтно-модулироаапнсго импульса на вторых входах сумматора 3 присутствует новый код, хранящийся н ре истре 6.

Работа в режиме прерhlFlçíèq микропроцессорной системы подразумевается прерывание выполнения мнкрппрс цессорной системой некоторой преград >лы, для ко1762402 торой, в приведенном примере, может отводиться время не менее Т вЂ” г„„в течение каждого периода Т формирования широтномодулированного импульса, т.е, простои в работе процессора исключаются, что целесообразно.

В работу предлагаемого широтно-импульсного модулятора различными внешними устройствами могут вноситься изменения, Например, на коэффициент пересчета двоичного счетчика 2 могут влиять, при необходимости, сигналы на входах параллельной загрузки и управляющих входах счетчика 2. Или, к примеру, на шине, соединенной с управляющими входами логической матрицы 7 могут присутствовать сигналы, свидетельствующие об аномальной работе источника сигнала 8. Например, отсутствие сигнала "подтверждение прерывания" означает аномальную работу логической матрицы 7 путем выдачи сигналов, инициализирующих внешние устройства к устранению возможной ошибки. Шина, соединенная с выходами двоичного счетчика 2 может оказаться полезной для синхронизации работы источника сигнала, например, амплитудно-цифрового преобразователя параллельного типа, содержащее стробирующие компараторы и кодирующую логику, при этом работу регистра 5 следует организовать с учетом дребезга апертуры на выходе амплитудно-цифрового преобразователя, являющегося источником сигнала.

Логические функции, генерируемые логической матрицей 7, вход которой соединен с выходом двоичного счетчика 2, зависят от кода на выходе двоичного счетчика 2, т.е. от текущего времени с момента начала формирования очередного широтномодулированного импульса. Логические функции, генерируемые логической матрицей 7. должны обеспечивать появление сигналов запроса данных стробирующих импульсов записи в регистры 5 и 6 в моменты времени, выбранные с учетом временных характеристик источника сигнала 8 и соответствующие определенному коду на выходах двоичного счетчика 2. Логические функции, генерируемые логической матрицей 7, при необходимости такого режима работы цифрового широтно-импульсного модулятора, когда на некоторые из входов логической матрицы 7 поступают сигналы от внешних устройств, должны предусматривать нормальную работу цифрового широт5

ЗО

55 но-импульсного модулятора и выдачу сигналов внешним устройствам, если это предусмотрено.

Логическая матрица 7 может быть выполнена на базе цифровых интегральных схем программируемой логической матрицы (ПЛМ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), матриц-накопителей ПЗУ, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), комбинационной логики на интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции.

Предлагаемый цифровой широтно-импульсный модулятор позволяет уменьшить погрешность преобразования при работе на высоких тактовых частотах генератора тактовых импульсов цифрового широтноимпульсного модулятора. Это достигается организацией управления цифрового широтно-импульсного модулятора, при которой учитываются временные характеристики сигнала. Кроме того, пред-. лагаемый цифровой широтно-импульсный модулятор может обладать гибкостью, позволяющей вносить изменения в работу при эксплуатации и наладке системы связи (системы автоматического управления), в составе которой функционирует.

Формула изобретения

Цифровой широтно-импульсный модулятор, содержащий источник сигнала, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика. N разрядных выходов которогосоединены с первой группой из N входов сумматора, выходы старших разрядов двоичного счетчика и сумматора соединены с входами фазового компаратора, выход которого соединен с выходной шиной устройства, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования при работе на высоких тактовых частотах, в него введены два регистра и логическая матрица, выходы которой подсоединены соответственно к вхоцу источника сигнала и управляющим входам первого и второго регистров, (N-1)-разрядный выход источника сигнала соединен с (N-1)-разрядным входом первого регистра, (N-1)-разрядный выход которого соединен с (N-1)-разрядным входом второго регистра. (N-1)-разрядный выход которого подключен к второй группе из

N-1 входов сумматора, э входы логической матрицы соединены с выходами двоичного счетчика.