Функциональный генератор

 

. Союз Советскнв

Социалистических

Уаспубпнк

П ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

781839

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 2901.79 (21) 2723799/18-24 с присоединением заявки М2(23) Приоритет

Олублмковано 231180. Бюллетень йо 43 (51)М. Кл.з

G G 7/26

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 335 (088. 8) Дата опубликования описания 23.1180 (72) Авторы изобретения

Я. И. Капнцкий, Н.М. Данильчук н М.Д, НикитЧук

P1) Заявитель

Винницкий политехнический институт (54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к вычисли1 тельной технике и может быть использовано при построении цифроаналоговых вычислительных и моделнрукщих устройств. 5

Известен нелинейный преобразователь для вычисления степенных полиномов, содержащий п последовательно соединенных интеграторов и блоки весовых коэффйциентов, через которые,выход кажцого из интеграторов соединяется с сумматором. При подаче на вход первого интегратора образцового напряжения, на выходе и-го сумматора генерируется зависимость вида 15 и (1) ,)-2. а х", -0 где х - время от начала работы до момента, когда на выходе фикс ируетс я величина у (1), 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вычислитель степенных полиномов, состоящий из регистра кода х, соединенного с и цифроаналоговыми множитель" 25 ными устройствами, п сумматоров, n + 1 цифроаналогового преобразователя, каждый из которыс соединен со своим регистром. Вход первого цифроаналогового множительного устройства )p соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, входы остальных соединены с выходами соответствующих сумматоров, кроме и-го сумматора,, выход которого является выходом устройства. Выходы всех цифроаналоговых множительных устройств соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих цифроаналоговых преобразователей.

Устройство реализует вычисление

Зависимости по схеме Горнера (2), ?тедостаток устройства — сложность, так как число элементов определяется степенью полинома и. Кроме того, для воспроизведения нескольких функций необходимо хранить коды их коэффициентов в дополнительном внешнем устройстве и трудно реализовать полиномы со (знакопеременными коэффициентами, так как это требует коммутировать полярности выходного напряжения n + 1 цифроаналогового преобразователя. Цель изобретения — упрощение функционального генератора и его настройки, а также расширение функциональных возможностей.

781839

Поставленная цель достигается тем, что известный функциональный генератор, содержащий регистр, цифроаналоговое множительное устройство, подключенное выходом к первому входу сумматора, снабжен двухполярным источником опорного напряжения, первым и вторым аналоговыми запоминающими устройствами, пятью ключами, устройством управления, аналоговый вход цифроаналогового множительного устройства соединен через первые два ключа с соответствующими выходами двухполярного источника опорного напряжения и, через третий ключ — c выходом функционального генератора и выходом первого аналогового запоминающего устройства, вход которого через четвертый ключ соединен с выходом сумматора, второй вход сумматора связан с выходом второго аналогового запоминающего устройства, вход которого через пятый ключ соединен с выходом цифроаналогового множительного устройства подключенного цифровыми входами к цифровым выходам устройства управления, вторая группа информационных входов которого соединена с регистром, запускающий вход устроЯства управления соединен с шиной запуска и является входом запуска устройства. устройство управления содержит блок памяти, счетчик, счетный триггер u RS-триггер, генератор тактовых импульсов, элемент задержки, элементы И, ИЛИ, НЕ, цифровой коммутатор, первая группа информационных входов которого является группой информационных входов устройства управления, вторая группа информационных входов цифрового коммутатора соединена с первой группой информационных выходов блока памяти, группа цифровых выходов цифрового коммутатора является группой цифровых выходов устройства управления, а управляющие входы цифрового коммутатора соединены с выходами счетного триггера, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам блока памяти, выход которого соединен с первым входом первого элемента И и через элемент НŠ— с первым входом второго элемента И, вход счетчика,соединен с первьве выходом счетного триггера и вторыми входами первого и второго элементов И, первый выход счетчика йодключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с запускающим входом устройства управления, входом элемен та задержки и входом установки счет ного триггера, инверсный вход RSтриггера соединен с выходом элемента ИЛИ, прямой вход — с выходом элемента задержки, а выход RS- òðèãгера подключен ко входу генератора тактовых импульсов, соединенного выходом с тактовым входом счетного триггера и — к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом счетного триггера и является пятым управляющим выходом устройства управления, выход третьего элемента И соединен со входом второго элемента НЕ и является третьим управляющим выхо1О дом устройства управления, выход второго элемента НЕ является четвертым управляющим выходом устройства управления, выходы первого и второго элементов И являются соответственно

15 первым и вторым управляющими выходами устройства управления, Наличие голько одного цифроаналогового множительного устройства и одного сумматора вместо п аналоgp гичных устройств, которые необходимы для реализации полинома и-й степени, существенно упрощает устройство функционального генератора и уменьшает количество настраиваемых прецизионных элементов, определяющих точность воспроизведения функций.

Двухполярный источник опорного напряжения позволяет воспроизводить полиномы со знакопеременными коэффициентами, а наличие блока памяти

ЗО дает возможность увеличить количество воспроизводимых полиномов.

Автономное устройство управления упрощает эксплуатацию функционального генератора, а реализация его на

35 современной элементной базе не встречает существенных затруднений.

На чертеже показана структурная схема функционального генератора.

Функциональный генератор содер4р жит регHGTp 1 цифрОаналоговое мно жительное устройство 2, выход которого подключен к первому входу сумматора 3, двухполярный источник

4 опорного напряжения, два аналоговых запоминающих устройства 5, б, 4 цять ключей 7 — 11, устройство 12 управления, содержащее блок 13 памяти, цифровой коммутатор 16, элемент Ю1И 17, второй вход которого соединен со входом 18 запуска устройства управления, элемент 19 задержки, RS-триггер 20, генератор

21 тактовых импульсов, первый элемент И 22 первый элемент НЕ 23, второй и третий элементы И 24, 25

55 и второй элемент НЕ 2б.

Алгоритм работы функционального генератора при реализации зависимости (1) следующий. с подачей пускового импульса на

4Q вход 18 триггеры 20 и 14 устанавлива тся в нулевое состояние..При этом блокируется генератор 21 тактовых импульсов, ключи 9, 10, 11 разомкнуты, так как на их управляющие входы подаются запирающие потенциалы ло781839,,6

Состояние ключей

Такт, Код на входе множи тель ного устройства

5 .б

7 8 9 10

1 1 О О

О 1 0 1

1 О 1. О

О 1 О 1

1. а, 2 х

3 ан„4 ап авх а„х + a„< а„х

ll

Ха xf

° е4

Я а х

4 0

О 1 О 1

2 1 ао гического нуля с элементов 22, 24 и 25 соответстненно. Ключи 7 и 8 замкнуты, что соответствует режиму записи аналоговых эапомийающих устройств 5 и б. На выходе цифроаналогового множительного устройства вырабатывается нулевое напряжение, которое через ключ 7 заносится в аналоговое запоминающее устройство 5 и через сумматор 3 и ключ 8 - в ана- логовое запоминающее устройство 6.

В течение нуленого такта, длительность которого определяется элементом 19 задержки, функциональный преобразователь приводится в исходное состояние.

По истечении времени задержки, 15 импульс с ныхода элемента 19 уста- . навливает триггер 20 в единичное состояние. При этом запускается генератор тактовых импульсов и вырабатывается первый тактовый импульс, 2(1 который устанавливает счетный триггер 14 в единичное состояние, В счетчик 15 записывается код степени а в регистр 1 — код числа Х. При этом н блоке памяти выбирается код коэффициента а, который через коммутатор 16 поступает на цифровые входы множительного устройства 2 .

Знаконый разряд этого кода подключен ко входам элементов 25 и 26 устройства управления ключами 10, 11.

В зависимости от знака коэффициента ае, замыкается один иэ ключей

10 или 11 и на аналоговый вход множительного устройства 2 .поступает опорное напряжение соответствующей 35 полярности. В этом такте ключи 7 и 9 разомкнуты, а ключ 8 замкнут, и напряжение, пропорциональное коэффициенту а, с выхода множительного устройства 2 через сумматор 3 и ключ 8 за- 4р писывается в аналоговое запоминающее устройство б (на втором входе сумматора поддерживается нулевое напряжение с выхода запоминающего устройства

5) .

Во втором такте триггер 14 устанавливается в нулевое состояние, что определяет разомкнутое состояние кточей 8 и 10, 11 и замкнутое состояние ключей 7 и 9. Цифровые нходы множительного устройства 2 соединяются через коммутатор 16 с регистром

1, а аналоговый вход — с выходом запоминающего устройства б, При этом происходит умножение коэффициента ая, записанного в запоминающем устройстве

6, на код Х, записанный в регистре

1, и результат перемножения заносится в запоминающее устройство 5.

В третьем такте код счетчика уменьшается на единицу, а н блоке памяти выбирается очередной коэффициент а и повторяются операции первого такта, с той разницей, что в запоминающее устройство б заносится значение кОэфФициента аП .,,просумированнее с анХ находящемся в запоминающем устройстве 5, В каждом нечетном такте к ранее вычисленному значению, находящемуся в запоминающем устройстве 5, прибавляется значение очередного коэффициента и результат заносится в запоминающее устройстно б.

В четном такте значение полинома, находящееся в запоминающем устройстве б, умножается на X. В начале (2 ) -го такта счетчик обнуляется и вырабатывает импульс, который через элемент 17 поступает на вход уста- . новки в нуль триггера 20. При этом блокируется reнератор тактовых импульсов, ключи 8 и 10, 11 замкнуты, а из блока памяти выбирается коэффициент ан и его значение суммируется со значениями цолинома, находящемся в запоминающем устройстве 5. Сумма записывается в .запоминающее устройство 6.

На таблице замкнутое и разомкнутое состояние ключей обозначено соответственно через 1 и О.

Содержимое запоминающих устройстн

781839

Формула изобретения

Вйд функциональной зависимости,,которая реализуется предлагаемым функциональным генератором, определяется алгоритмом работы устройства управления. Возможны и другие реалиэации, однако большинство применяемых на практике функциональных зависимостей, подлежащих реализации, может быть с требуемой точностью представлено в вйде степенйьж -полиномов. Если в блок памяти записать коэффициенты полиномов, аппроксимирующих требуемые функции, то последние могут быть воспроизведены предлагаемым функциональным генератором. Количество воспроизводимых функций определяется ийформационной емкостью блока памяти. Изменить набор воспроизводимых функций можно путем перепрограммирования блока памяти беэ какойлибо подстройкй остальных элеМентов.

Функциональныи генератор содержит небольшое количество аналоговых узлов, что позволяет применить в них прецизионные элементы без существенного

"-ус Южнения и удорожания конструкции в целом, и "значительно упростить настройку На базе современных операцйонных элементов, усилителей и аналоговых ключей предлагаемый генератор может реализовать полиномы 4 — 5 степени с приведенной погрешностью менее 18 при времени реализации 100-150 ИКС.

1. Функциональный генератор, содержащий регистр, сумматор и цифроаналоговое множительное устройство, подкллЖенное выходом к первому входу сумматора, отличающийся тем, что, с целью упрощения функционального генератора, он содержит двухполярный источник опорного напряжения, первое и второе аналоговые запоминакщие устройства, пять ключей и устройство управления, первый, второй и третий, четвертый и пятый управляющие выходы которого соединены соответственно с управляющими входами пяти ключей, аналоговый вход цифро. аналогового множительного устройства

Соединен через первые два ключа с соответствующими выходами двухполярного источника опорного напряжения и, через третий ключ - с выходом функционального генератора и выходом перво го аналогового зйпоминаккцего устройства, вход которого через четвертый ключ соединен с выходом сумматора, второй вход сумматора связан с

"вйходом второго аналогового запоми-. нающего устройства, вход которого через пятый ключ соединен с выходом цифрбаналогового множительного устроиства, подключенного цифровыми входами к цифровым выходам устрой» ртва управления, вторая группа информационных входов которого соеди- нена с регистром,: запускающий вход устройства управления соединен с шиной запуска и является входом запуска устройства.

2. Генератор по п. 1, о т л и ч а5 ю шийся тем, что, устройство уп:равления содержит блок памяти, счетчик, счетный триггер и RS-триггер, генератор тактовых импульсов, элемент задержки, элементы И, ИЛИ, НЕ © и цифровой коммутатор, причем первая группа информационных входов цифрового коммутатора является группой чнформационных входов устройства управленйя, вторая группа информа15 ционных входов цифрового коммутатора соединена с.первой группой информационных выходов блока памяти, группа цифровых выходов цифрового коммутатора является группой цифровых выЯ ходов устройства управления, а управ ляющие входы цифрового коммутатора соединены с выходами счетного триггера, разрядные выходы счетчика подключены к управляющим входам бло - ка памятй, выход которого соединен с первым входом первого элемента И и через элемент HE - с первым входом второго элемента И, вход счетчика соединен с первым выходом счетного трйггера и вторыми входами первого

Э и второго элементов И, первый выход счетчика подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с запускающим входом устройства управления, входом элемента задержки и входом установки счетного триггера, инверсный вход RS-триггера соединен с выходом элемента ИЛИ: прямой вход — с выходом элемента за.— держки, а выход RS-триггера подклю40 чен ко входу генератора тактовых импульсов, соединенного выходом с тактовыМ входом счетного триггера и«к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соедийен со вторым выходом счетного триггера и является пятым управляющим выходом устройства управления, выход третьего элемента. И соединен со входом второго элемента НЕ и является третьим,управляющим вы О ходом устройства управления, выход второго элемента НЕ является четвертым управляющим выходом устройства управлейия, выходы первого и второго элементов Й являются соответственно

45 первым и вторым управляющими выходами устройства управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ,l. .Авторское свидетельство СССР

g) 9 87338, кл. G 06 G 7/26, 1948.

2. Алексеев Г.И. Воспроизведение функции средствами цифроаналоговой вычислительной техники. Иинск, Наука и техника, 1976, с. 202-. ,203 (прототип) .

781839

Составитель Иванова

Редактор В. Еремеева Техред С.Мигунова корректор М. Поко

;Заказ 8142/55 . Тирам 751 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Б-35, Рауюская иаб., д. 4/5

° °

Филиал IIIIII Патент, г. Уигород, ул. Проектная, 4