Программируемый цифровой генератор линейного напряжения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительной, исследовательской аппаратуре Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, делители 2,3. элемент И - НЕ 4. делитель 5 с переменным коэффициентом деления, коммутатор 6, элементы И 9,7, реверсивный счетчик 11, цифровые компараторы 12, 13. 14. цифроаналоговый преобразователь 15, регистры 16,17,18.19. 3 ид

<в> КЯ пп

Sll 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К fIATKHTY

Комитет Российской Федерацни по патентам и товарным знакавв. (21) 4930098/21 (22) 22.0491 (46) 30.11.93 Ьол. Nu 43-44 (71) Харьковский институт радиоэлектроники имзкадМКЯнгепя (72) Скляр О.И„Аверьянова ЛА; Головенко В.М„

Шитов BM (73) Харьковский институт радиозлектронини имвкадМКЯнгепя; Аверьянова Лилия Александровна; Головенко Валерий Михайлович (54) ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

{57) Изобретение относится к измерительной технике и может быль использовано в измерительной, исследовательской аппаратуре. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, делители 2, 3, зпемент И вЂ” НЕ 4, делитель 5 с переменным коэффициентом деления, коммутатор 6, элементы И 9, 7, реверсивный счетчик 11, цифровые компараторы

12, 13, 14, цифроаналоговый преобразователь 15, регистры 16, 17, 18, 19. 3 ил.

2004068

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено длл формирования линейно изменлющегсся напрлженил и может быть использовано в измерительной, исследовательской аппаратуре, в системах развертки и о аппаратуре электронного моделирования, возможна использование генератора в системах с микропроцессорным управлением и с микраЭВЮ

Известе!! генератор ступенчатого напряжения (авт. св. СССР 11 1401578, кг!. Н

03 К 4/02, 1988), содержащий тактову!о шину, кольцевой сднигооый регистр, триггер, псеобразоватоль код-напряжение, перну!о и вторую группы кл!очей, коммутатор, с первой по третью выходные ши!!и, шину опор1!ОГО напряжения.

Недостаткам этого генератора лвллетсл невозможность регулирова!!Ия длительности периода формируемых сигналов, так KGK фиксированы тактовая частота и ксличесгна разрядао сдвигового регистра, Наиболее близким па технической сущности к изобретени!а лнллется уг!раолламый генератор ступенча го менгпощегося напряжения (3Вт. сн. C(.ÑР К. 1437975, кл, Н 03 К

4/02, 1988). Зтат генератор содержит два генератора тактовых импульсов, блок упОе! е!лен ил, Гlерекл Iочател ь рада p350Tû, ком мутатор, реверсионый счетчик, два цифровых компаратора, цифроаналоговый

II pGo5pB3oQBTGG (ЦАГ1), аналоговый KG!4 oG" ратОр, источник опарнаГО напалже!!ия, иноертор, два сграе!!!чителл. Выход.первого генератора тактовых. импульсов поди!!о ген

K входу блока управления, его первый упранля!оьций вход соединен с выхода первого цифравагс ксмпаратара, 3 отарой

УПРЗВЛЛ!ОЩИЙ ВХОД С ВЫХОДОМ ВТОРОГО цифраоога ко! ыпаратсра, входы которого поразрлдно соединены с выходами реверсивного счетчика, входам первого цифрового

Ko!nn3pGTopG и входами ЦАП, выход котороГс СОЕДИНЕН С ВЫХОДной LU!":IIO ", ПРИ ЭТОМ первый и отарси входы коммутатора соединены с первым и вторым выходами блока управления, третий вход — с выходом генератора тактовых импульсов, первый и BTQ" рсЙ -выходы — с входами реверсивного счетчика импульсао, а первый и второй управляющие входы — с соотоетству1сщими выходами перекл!Очателя род-;àáîòû и выходами саотоетстоен!!а первого и второго ограничителей, вход первого ограничителл соединен с выходом инвертара, нход второго ограничителя — с входом инвертора и выходом аналогового коглпаратара с тремя вь!хадными состояниями, первый вход которого соединен с выходам ЦАГ1, а второй вход — с выходом регулируемого источника опорного напряжения.

Недостатком устройства является невозможность регулировки частоты выходного Сигнала, так как тактирование реверсивного счетчика производится одной и той же частотой первого генератора тактовых импульсов через блок управления и коммутатор. Кроме того, не определена начальная очка формируемого сигнала, так как при окл!Очении генератора выходы реверсивного счетчика могут находиться в любом состоянии.

Целью изобретения является расширение функциональных вазможностей генератора за счет введения регулируемой скорости нарастания (убывания) линейного напряжения, установки начального потенциала и направления счета, а также возмож20. Ности формирования в однократном ре>киме одного периода линейно изменяющегося напряжения либо его половины.

Цель достигаетсл тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, коммутатор, блок управления, ЦАП, выход которого является выходом генератора, а входы подключены к выходам реверсивного счетчика и перным входам первого и второго цифровых кампаратороо, при этом выход

30 первого цифрового компаратора соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу второго цифрового компаратора, введены делитель . частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), делитель частоты на три. делитель частоты на два, элемент И-НЕ, первый и второй элементы И, триггер, регистр скорости изменения линейного напряжения, регистр отрицательного реверса, 40 регистр положительного реверса, регистр начального потенциала, третий цифровой. компаратар, выход которого подключен к счетным входам делителей на два и на три, при этом первые входы третьего цифрового кампаратора соединены с выходами реверсивного счетчика, вторые входы третьего цифрового компаратара подключены к выходам реГ lcTpB началъноГО потенциала и информационным входам реверсивного

50 счетчика, управлл!ощий вход которого. соединен с перв 1м входам триггера, с входом

"Пуск" и управляющим входом ДПКД, счетный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, 55 информационные входы ДПКД соединены с оыхсдами регистра скорости изменения линейного напрлженил, выход ДПКД подключен к пег,ному входу первого элемента И, второй Вход которого подключен к прямому выходу триггера, B выход первого элемента. 2004068

И соединен с третьим входом блока управления, первый выход которого подключен к первому счетному входу реверсивного счетчика, второй выход блока управления соединен с вторым счетным входом реверсивного счетчика, четвертый вход блока управления соединен с входом "Направление счета", а пятый вход блока управления подключен к установочным входаи делителей частоты на два и на три, к входу "Сброс" и первому входу второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом триггера, а второй вход второго элемента И подключен к выходу элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с входом "Однократный", а второй вход подключен к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входам "Период/ 1/2 периода", первый и второй входы коммутатора подключены к выходам делителей частоты на два и на три соответственно,.счетные входы которых соединены с выходом третьего цифрового компаратора, вторые входы второго цифрового компаратора подключены к выходам регистра положительного реверса, а вторые входы первого цифрового компаратора coe" динены с выходами регистра отрицательного реверса. Блок управления может быть выполнен в виде триггера и двух элементов

2И.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: регистров скорости нарастания (убывания) линейного напряжения, начального потенциала, положительного и отрицательного реверсов, третьего цйфрового компаратора, триггера, ДПКД, первого и второго элементов И, элемента И-НЕ, делителей частоты на два и на три,.Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Ъ

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что регистры, цифровые компараторы, триггеры, делители, элементы И, И-НЕ, ДПКД широко известны (Применение интегральных микргсхем в вычислительной технике. .Справочник. Р,В.Данилов, С.А.Ельцова, Ю.П.Иванов, — М.: Радио и связь, 1986, с.

384). Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами устройства для регулирования скорости изменения линейного напряжения, для установки начального потенциала и направления счета, а также для работы в однократном режиме с формированием полного периода или его половины цель достигается. 3m позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. изображена функциональная схема программируемого цифрового генератора линейного напряжения; на фиг, 2— временные диаграммы его р:йоты; на фиг. 3 — схема блока управления.

Программируемый цифровой генератор линейного напряжения содержит генератор

1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты на два, делитель 3 частоты на три, элемент ИНЕ 4, ДП КД 5, коммутатор 6, второй элемент

И 7, триггер 8, первый элемент И 9, блок 10 управления, реверсивный счетчик 11, тре15. тий цифровой компаратор12, второй цифровой компаратор 13, первый цифровой компаратор 14, ЦАП 15, регистр 16 скоро.сти нарастания линейного напряжения, регистр 17 начального потенциала, регистр 18

20 положительного реверса, регистр 19 отрицательногоо реверса.

Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен со счетным входом ДПКД 5. информационные входы которого подклю» чены к выходам регистра 16 скорости нарастания линейного напряжения, выход соединен с первым входом первого элемента И 9, управляющий вход- с входом "Пуск", с управляющим входом реверсивного счет30 чика 11 и первым входом триггера 8. Прямой выход триггера подключен к второму входу первого элемента И 9, выход которого сое- . динен с третьим входом блока 10 управления. Второй вход последнего подключен к

35 выходу второго цифрового компаратора 13, первый вход соединен с выходом первого цифрового компаратора 14, четвертый вход подключен в входу "Направление счета", а пятый вход соединен с первым входом вто"0 рого элемента.И 7, с установочными входами делителей 2 и 3 и входом "сброс". Первый

„выход блока 10 управления подключен к первому счетному входу реверсивного счетчика 11, второй выход — к второму счетному

45 входу реверсивного счетчика 11, выходы которого соединены с первыми входами первого 14, второго 13, третьего 12 цифровых гомпараторов и входами ЦАП 15, выход которого является выходом генератора. Вто50 рые входы первого цифрового компаратора

14 подключены к выходам регистра 19 отрицательного реверса, вторые входы второго цифрового компаратора 13 соединены с выходами регистра 18 положительного ревер55 са, вторые входы третьего цифрового компаратора 12 подключены к выходам .-егистра 17 начального потенциала и информационным входам реверсивного счетчика

11. Выход третьего цифрового компаратора

12 соединен со счетными входами делите2004068 входах "Сброс" и "Пуск" перед началом работы должен присутствовать единичный уровень от кнопок либо программным способом.

На вход "Сброс" подается сигнал низкого уровня, который устанавливает делитель

2 и 3 в нулевое состояние и подготавливает их для дальнейшей работы, а также через первый вход второго элемента И 7 и второй вход триггера 8 устанавливает на прямом выходе триггера низкий уровень, который через второй вход первого элемента И 9 запрещает прохождение частоты через его первый вход. Одновременно сигнал

"сброс", поступивший на пятый вход блока

10 управления, устанавливает прямой выход триггера 20, входящего в блок управления, в то состояние, которое установлено на четвертом входе блока управления ("Направление счета"), При этом уровень логической "1". на п ря мой выходе три ггера 20 позволяет прохождение частоты с третьего входа блока 10 управления через первый вход элемента 2И 21 на первый выход блока управления и соответственно на первый счетный вход реверсивного. счетчика l1. Если на прямом выходе триггера 20 установ20

25 лен низкий уровень, а на инверсном выходе вход элемента 2И 22 могут поступить на второй выход блока управления, а соответственно и на второй счетный вход реверсивного счетчика 11.

При поступлении на вход "Пуск" сигнала низкого уровня в ДПКД 5 заносится информация с выхода регистра 16 скорости нарастания линейного напряжения, в реверсивный счетчик 11 — информация с выховход триггера 8), Логическая "1" на входе да регистра 17 начального потенциала, и на первых и вторых входах третьего цифрового компаратора 12 устанавливается одинаковый код, таким образом сформировав на его выходе первый сигнал, который поступает на счетные входы делителей 2 и 3. Одновременно сигналом "Пуск" на прямом выходе триггера 8 через первый его вход будет сформирован высокий уровень, Таким образом, частота с выхода генератора 1 тактовых импульсов, поступающая на счетный вход

ДПКД5и разделенная ДПКД всоответствии с установленным кодом в регистре 16, через первый вход первого элемента И 9 поступает на третий вход блока 10 управления, где в зависимости от входа "Направление счета" поступает на первый либо второй выход блока управления.

В первом случае, когда заданная частохождение сигнала с.выхода делителя 3, а режиму "1/2 периода" — прохождение сиг- та поступает на первый выход блока 10 упнала с выхода делителя 2. На управляющих равпеHuA и на перBый счетный вход лей 2 и 3, выходы которых подключены к первому и второму входам коммутатора 6.

Управляющий вход коммутатора соединен в входом "Период/ 1/2 периода", а выход подключен к второму входу элемента И-HE

4, первый вход которого соединен с входом

"Однократный", а выход — с вторым входом второго элемента И 7, выход которого подключен к второму входу триггера 8.

Программируемый цифровой генератор линейного напряжения работает следующим образом..

Информационными входами генератора являются входы регистров 16-19.Перед началом работы на информационных входах регистров программным способом установлен соответствующий код, при этом для получения на выходе генератора нулевого уровня, т.е. когда U»x-=0, а также

Онаго=О, в регистре 17 начального потенциала должен быть установлен код, старший разряд которого равен логической "1", а все остальные равны нулю. В общем случае

Оотр,реверса. Онач. Upon.реверса могут принимать любые значения, но доли<но выполняться условиЕ Остр.реверса 0нач — - — - пол.реверса.

Управляющими входами генератора являются входы "Направление счета" (четвертый вход блока 10 управления), "Однократный (первый вход элемента И-НЕ

4), "Период/ 1/2 периода" (управляющий вход коммутатора 6), "Сброс" (установочные входы делителей 2, 3, первый вход второго элемента И 7 и пятый вход блока управления), "Пуск" (управляющие входы ДПКД 5 и . реверсивного счетчика 11, а также первый

"Направление счета" в начальный момент времени соответствует нарастанию линейного напряжения, а уровень нуля на входе

"Направление счета" в начальный момент времени соответствует убыванию линейного напряжения на выходе генератора. Низкий уровень на входе "Однократный" после сигнала "Пуск" разрешает работу генератора в непрерывном режиме, а уровень логической "1" позволяет формировать на выходе генератора один период сигнала либо его половину в зависимости от уровня сигнала на входе "Период/ 1/2 периода", который определяется типом коммутатора 6 (например, для микросхемы 555КП11 уровень логического "0 * на управляющем входе обеспечивает прохождение на выход сигнала с первого входа, а уровень логической "1" — прохождение сигнала с второго входа).

Так, режиму "период" соответствует про— высокий уровень, то сигналы с третьего

30 входа блока 10 управления через первый

2004068

10 реверсивного счетчика 11, на выходах последнего и входах ЦАП 15 формируется возрастающий код, а на выходе ЦАП вЂ” линейно возрастающее напряжение с уровня 0н, TBK как 0нач 0пол.реверса (а coOTBBTcTBQHH0 5 и их коды), то, когда код на выходах реверсивного счетчика 11 достигает значения, установленного на вторых входах второго цифрового компаратора, на его выходе формируется сигнал низкого уровня, который 10 через второй вход-блока 10 управления переключает прохождение заданной частоты с третьего входа блока управления на его второй выход, а соответственно и на второй счетный вход реверсивного счетчика 11, на- 15 чав таким образом формировать убывающее линейное напряжение. Когда код на выходе реверсивного счетчика 11 (и на первых входах третьего цифрового компаратора 12) достигает значения начального 20 потенциала на вторых входах третьего цифрового компаратора 12, на его выходе формируется второй сигнал, который с выхода делителя 2 поступает на первый вход коммутатора 6 и, если выбраны условия "1/2 25 периода" и "однократный", через второй вход элемента И-HE 4 и второй. вход второго элемента 2И 7 на второй вход триггера 8 и устанавливает на его прямом выходе низКий уровень, чем запрещает прохождение час- 30 тоты от ДПКД 5 через первый вход первого элемента И 9, таким образом будет сформировано полпериода сигнала (фиг, 2в). Если хотя бы одно из условий "1/2 периода" или

"однократный" не выбрано, то прохождение 35 сигнала блокировано либо коммутатором 6, либо элементом И-HF 4 и работа продолжается, т.е. линейное напряжение на выходе генератора продолжает убывать. Когда код на выходе реверсивного счетчика 11 и на 40 первых входах первого цифрового компаратора 14 достигает значения отрицательного реверса, установленного на вторых входах первого цифрового компаратора 14, то на его выходе формируется сигнал низкого 45 уровня, который поступает на первый вход блока 10 управления и разрешает прохождение частоты с третьего входа блока управления на первый его выход, тем самым код на выходе реверсивного счетчика 11 начи- 50 нает возрастать, т.е. на выходе генератора начинается формирование возрастающего линейного напряжения. Когда возрастающий код на выходе реверсивного счетчика

11 и на первых входах третьего цифрового 55 компаратора 12 достигает значения кода, установленного на вторых входах цифровог0 компаратора 12 (т.е. кода начального потенциала), то на выходе компаратора 12 формируется третий сигнал, который с вь1хода делителя 3 поступает на второй вход коммутатора 6, и, если выбраны условия

"однократный" и "период", то через второй вход элемента И-НЕ 4 и второй вход второго элемента И 7 этот сигнал поступает на второй вход триггера 8 и устанавливает на его выходе низкий уровень, запрещающий прохождение частоты с выхода ДПКД 5 через первый вход первого элемента 2И 9, Таким образом, будет сформирован один период сигнала (фиг, 26, сплошная линия). Если режим "однократный" выбран не был, то сигнал с выхода коммутатора 6 блокирован элементом И-НЕ 4 и генератор продолжает формировать второй период линейно изменяющегося напряжения, т.е. продолжается работа генератора в непрерывном режиме (фиг. 2а, сплошная линия), Во. втором случае, когда направление счета противоположное, после сигнала

"Пуск" заданная ДПКД 5 частота через первый вход элемента И 9 и третий вход блока

10 управления поступает на второй выход блока управления и начинается формирование убывающего линейного напряжения на выходе генератора, В этом случае первым формируется сигнал реверса первым цифровым компаратором 14, а затем вторым цифровым компаратаром 13, третий цифровой компаратор 12 работает как и в первом случае. Временные диаграммы на фиг. 2а, б (пунктирная линия) и фиг. 2г демонстрируют работу генератора, когда формирование периода начинается с убывающего напряжения, Изменение скорости нарастания (убывания} линейного напря лния производится за счет изменения частоты тактирования реверсного счетчика 11, которая устанавливается с помощью ДПКД 5. Изменение параметров формируемого сигнала производится программированием регистров 16-19.

По. сравнению с известными техническими решениями предлагаемый программируемый генератор линейного напряжения позволяет изменять скорость нарастания (убывания}линейного напряжения в широких пределах, работает как в непрерывном, так и однократном режиме с формированием как целого периода, так и его половины, позволяет изменять направление формируемого сигнала, формировать линейно изменяющиеся сигналы с. определенного начального уровня, Он может быть подключен к микропроцессорным средствам управления либо к микроЭВМ для програм2004068 мирования его регистров и создания управляющих сигналов.

Формула изобретения

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЦИФРОВОЙ

ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий генератор тактовых импульсов, коммутатор, блок управления, цифроаналоговый преобразователь,, выход 10 которого является выходом генератора, а входы подключены к выходам реверсивного счетчика и первым входам первого и. второго цифровых компараторов, при этом выход первого цифрового компаратора со- "5 единен с первым входом блока управления, второй вход KQTopot о подключен к выходу второго цифрового компаратора, отличающийся тем, что, с целью расц ирения функциональных возможностей за счет возможности регулировки частоты выходного сигнала, в него дополнительно введены делитель частоты с переменным коэффициентом деления, делитель частоты 2 на два, делитель частоты на три, триггер, элемент И - НЕ, первый и второй элементы

И, регистр скорости изменения линейного напряжения, регистр отрицательного реверса, регистр положительного реверса, 30 регистр начального потенциала, третий цифровой компаратор, выход которого подключен к счетным входам делителей частоты на два и на три, а первые входы тр етьего цифрового компаратора соединены 35 с выходами реверсивного счетчика, вторые входы третьего цифрового компаратора подключены к выходам регистра начального потенциала и информационным входам реверсивного счетчика, управляющий вход 40 которого соединен с первым входом триггера. с входом «Пуск» и управляющим входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, счетный вход ко(56) Авторское свидетельство СССР

М 1437975, кл. Н ОЗ К 4/02, 13.04.87. торого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а информационные входы делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединены с выходами регистра скорости. изменения линейного напряжения, а выход делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера, а выход первого элемента И соединен с третьим входом блока управления, первый выход которого подключен к первому счетному входу реверсивного счетчика, второй выход блока управления соединен с вторым счетным входом реверсивного счетчика, четвертый вход блока управления соединен с входом «Направление счета», а пятый вход блока управления подключен к установочным входам делителей частоты на два и на три, к входу «Сброс» и первому входу второго элемента И, выход которого соедйнен с вторым входом триггера, а второй вход второго элемента И подключен к выходу элемента И вЂ” НЕ, первый вход которого соединен с входом «Однократный», а второй вход элемента И - НЕ подключен к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входом «Период/1/2 периода», первый и второй входы коммутатора подключены к выходам делителей на два и на три соответственно, счетные входы которых соединены с выходом третьего цифрового. компаратора, вторые входы вто- рого цифрового .компаратора подключены к выходам регистра положительного реверса, а вторые, входы первого .цифрового компаратора соединены с выходами регистра отрицательного реверса.

2004068 орректоР- М.Максимиш 1нец

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор Т. 10 рчикова

Заказ 3328

Составитель О.Скляр

Техред M.Моргентал

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/Ь