Функциональный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Щ 4 С 06 Р 1/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов(56) Авторское свидетельство СССР Р 840858, кл. С 06 Р 1/02, 1979.Авторское свидетельство СССР У 1149234, кл. С 06 Р 1/02, 1983.(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения - расширение области применения за счет управления величиной шага аргумента и амплитудой сигнала. Функциональный преобразователь содержит блок 1 синхронизации, регистры сдвига 2, 5, 6 и 17, элементы ИЛИ 3,.Я 01352476 А 1 4, 15 и 16, две группы элементов И 7.и 8, элемент 9 задержки, группу элементов ИЛИ 1 О, блок 11 счетчиков,мультиплексор 12, формирователь 13адреса, преобразователь 14 напряже- .ние-частота и два элемента И 18, 19.Принцип действия преобразователя основан на использовании времяимпульсной процедуры формирования кодов функций с заданием ряда временных интервалов, пропорциональных приращениямординат функций, заполнением этихвременных интервалов потоком импульсов, определяющих амплитуду выходного сигнала, и накоплением кодов ординат в соответствующих счетчиках. Изменение шага задания аргумента и амплитуды сигнала позволяет использовать функциональный преобразователькак для формирования синусных и косинусных сигналов в системах диагностики, так и при синтезе ряда Фурье.5 ил.1352476 4 Зтс уеюидюи 11 В Редактор М.Цит Корректор, М.Шаро каз одпис Производственно-полиграфическое предприятие Про Ужгород,Миеро лэРюр Составитель С. Казина Техред М.Ходанич Тираж б 1арственного комитета СС изобретенЫ и открытЫ Ж, Раушская наб., д бб/48ВНИИПИ Госпо делам113035, Москв2476135Изобретение относится к автоматике и вычиалительной технике и может быть использовано как в качестве автономного функционального преобразователя, так и .в качестве периферийного устройства систем автоматизации и контроля объектов, например в технике связи, технической диагностики судовых систем.Целью изобретения является расширение области применения за счет управления величиной шага аргумента и амплитуды сигнала.На фиг.1 представлена структурно- функциональная схема функционального преобразователя; на фиг.2 - формирование четверти периода синусной функции и возможности одновременного накапливания приращений, например в двух группах счетчиков блока счетчиков; на фиг.З - разделение выходов регистра сдвига на две группы приращений функций, например на четверти ее периода; на фиг.4 - формирователь адреса; на фиг.5 - диаграммы, поясняющие работу формирователя.Функциональный преобразователь (фиг.1) содержит блок 1 синхронизации, первый регистр 2 сдвига, первый и второй элементы ИЛИ 3 и 4, второй и третий регистры 5 и б сдвига, первую и вторую группы элементов И 7 и 8, элемент 9 задержки, группу элементов ИЛИ 10, блок 11 счетчиков, мультиплексор 12, формирователь 13 адреса, преобразователь 14 напряжение-частота, третий и четвертый элементы ИЛИ 15 и 16, четвертый регистр 17 сдвига и два элемента И 18, 19.Формирователь 13 адреса (Фиг.4) может быть выполнен, например, содержащим первый триггер 20, регистр 21, с первого по шестой элементы задержки 22-27, первый элемент 2 И-ИЛИ 28, с первого по пятый сумматоры 29-34, первый и второй счетчики 35 и 36, два устройства сравнения 37 и 38,второй триггер 39, сумматоры 40 и 41 по модулю два, второй и третий элементы 2 И-ИЛИ 42 и 43, ключ 44 и седьмой элемент задержки 45.Работа функционального преобразователя происходит следующим образом.Синусоидальная функция является монотонно возрастающей на первой четверти периода, поэтому можно определить значения аргумента и, при которых значения соответствующих ординат 6 синусной функции меньше их максиБ мального значения 6 (и с К = - -4 ф где Б - количество отсчетов за период Функции), Эта закономерность иллюстрируется на фиг.2 а, где значения ординат от 0 до 6 удовлетворяо 3ют условию вс -- ;, п=0, 1, 28В структуре заявляемого функционального преобразователя это учитывается следующим образом. Регистр 215 сдвига содержит 1 ячеек сдвига, причем 1 пропорционально в выбранноммасштабе значению 91,/2. Выходы регистра 2 сдвига разделены на две группы (Фиг.З). Количество ячеек сдвига20 (А 1 ) между соседними выходами первой группы (с номерами от 0 до 1;от 1 до 2, от 2 до 3 и т,.д. до 1-го)пропорционально приращениям значенийФункции (А Она фиг.2 б) между соответствующими двумя соседними ординатами. Аналогичным образом организованы выходы второй группы с номерамиот 1+1 до К,.В исходном состоянии регистры 2,30 5, 6, 17 сдвига, блок 11 счетчиков,формирователь 13 адреса и преобразователь 14 напряжение - частота обнулены.В начале работы включается блок 1синхронизации, с первого выхода которого поступают тактовые импульсы, ас второго(например, через делительчастоты) - синхроимпульсы, период повторения которых задан равным периоду40 подключения значений напряжений П(например, Б подключается черезключ, стробируемый ш-м синхроимпульсом. Ключ для упрощения схемы не показан на фиг.1 на. входе -преобразова 45 теля 14). При поступлении первого синхроимпульса (ш = 1) с второго выхода блока 1 синхронизации он подается на управляющий вход формирователя 13 адре; са и на входы Я записи и тактовые входы С регистров 2 и 5 сдвига, что вызывает установку их первых разря-дов в состояние "1", Одновременно на 55информационный вход преобразователя 14.напряжение-частота подключается напряжение П (задающее амплитуду выходной функции, считываемой с выхода мультиплексора 12).476 20 3 1352Благодаря "1" в первом разряде регистра 5 сдвига разрешается прохождение,тактовых импульсов через элемент И 18; поступая далее через элемент ИЛИ 3 на тактовый вход регистра 2 сдвига, тактовые импульсы осуществляют перемещение единичного"ввсостояния из первого в последующие разряды этого регистра.Промежуток времени, за который Ю 11 11 достигнет первого выхода регистра 2 сдвига, равен=Т В 1опгде Т- период тактовых импульсовна первом выходе генератора 1;д 1 - количество разрядов до первого выхода регистра 2сдвига.Промежуток времени, за который 1" достигнет выхода Ц +1) этого же регистра, равен: оо 25где 1- количество разрядов до,1:1,1и промежуток времени е (для второйгруппы выходов)оТоп.1Т ри 1ОП пПоявление импульса на каждом последующем выходе первой группы регистра 2 сдвига воздействует через элемент ИЛИ 15 на С-вход регистра 6сдвига, вызывая сдвиг имеющегося содержимого и запись в освободившийсямладший разряд 1 (т.е. содеРжимое 45регистра 6 сдвига изменяется следующим образом: 0000 ..,1000,11001110 и т,д.).Модификация содержимого регистра 6сдвига, описанная выше, приводит кпоследовательному запиранию черезпромежутки времени с (ие Г 13 7)соответствующих входов группы элементов И 7.Аналогичным образом последователь ное появление импульса на выходахвторой группы регистра г сдвига с номерами от 1+1 до К модифицирует через элемент ИЛИ 16 содержимое регистра 17 сдвига, вызывая последовательное запирание соответствующих входов группы элементов И 8 через промежуток времени с(и е Ц +1), к 7) .Одновременно с этим в каждом счетчике с номером от 1 до 1 блока 11 счетчиков накапливается и запоминается количество импульсов частоты Й прошедших с выхода преобразователя 14 напряжение-частота через соответствующий вход группы элементов И 7 за промежуток времени С, определенный врше.Одновременно во второй группе счетчиков с номерами от 1+1 до К блока 11 счетчиков накапливается количество импульсов, поступающих с соответствующего выхода группы элементов ИЛИ 10. Это количество импульсов ; равно сумме числа импульсов, прошедших через соответствующий элемент групп элементов И 8 за промежуток времени Е, и числа импульсов 0"гО 1,/2, прошедших через последний элемент группы элементов И 7 за интервал времени С (Для предотвращения перекрытия двух последовательностей импульсов, поступающих на входы. элементов ИЛИ 10, необходимо, во-первых, чтобы сигналы на выходе преобразователя 14 напряжение-частота имел большую скважность, и, во-вторых, чтобы элемент 9 задержки обеспечивалзадержку сигнала С" 0,5/ГАгде Г- максимально возможное значение частоты импульсов на выходе преобразователя 14 напряжение-частота).Следовательно, после заппрания всех входов первой и второй групп элементов И 7 и 8 в счетчиках сдохранятся кодыТоп1(и, = (З+1), (д+г),. К),1Так как частота Е=П ачисла 1 , 1 , 1 пропорциональны соофответственно значениям 6, 6, , 6 /2П 1 ф П фв выбранном масштабе, то содержимоев двоичном коде счетчиков и и иоказывается пропорциональным соответствующим отсчетам синусной функции+ р Е2Б предыдущии зн при ш т. ) измененный зна О 5 13524 амплитуды О при аргументах, равных и, и и соответственно (Фиг.2 а)Такйм образом, в блоке 11 счетчиков накоплены коды, пропорциональные произведениям ряда ординат синусоиды5 (тсосинусоидьт) на интервале Г)/2 на значение напряжения У , задающего амплитуду выходного сигнала Одновременно с закрытием последнего входа группы элементов,И 8 импульс с 15 последнего выхода регистра 17 сдвига поступает на вход обнуления преобразователя 14 напряжение-частота, на вход начальной установки формировате-. ля 13 адреса и через элемент ИЛИ 4 20 на тактовый вход регистра 5 сдвига, осуществляя сдвиг единичного импульса из первого во второй разряд: закрывается элемент И 18, открывается элемент И 19, благодаря чему такто вые импульсы начинают поступать на тактовый вход С Формирователя.13 адреса, начиная цикл формирования кодов адреса для поочередного считывания соответствующих кодов вычисленной ЗО функции на выход мультиплексора 12,Формирование необходимой упорядоченной последовательности кодов-отсчетов функций на выходе функционального преобразователя может осуществляться при помощи формирователя 1335 адреса в одном из двух режимов слегде р - номер перехода косинуснойфункции через нулевой уровен (причем р = О, 1 .,(ш+1),Следовательно, при первом синхроимпульсе (ш1) шаг изменения кодов адреса ЛА = 1 и на вход функционального преобразователя считываются И =4 К кодов косинусной функции с соответствующим знаком зяи, поступающим со знакового выхода формирователя 13 76бдующим образом: при постоянном шаге аргумента пА = 1, т.е, единичном ин-тервалемежду кодами ряда адресов А, Л А 1 А 1, и т.д а также с переменным шагом дА между концами адресов, изменяющимся через определенное количество Б считываемых ординат Функций. Первый режим необходим, например, при формировании тестовых синусоидальных сигналов большой длительности (Формирователь 13 адреса в этом случае имеет простую структуру - на основе реверсивного счетчика с изменяющимся на единицу кодом). Второй режим необходим при синтезе ряда Фурье, описывающего сложные сигналы, т,е. для формирования ряда гармоник различной амплитуды П с кратно изменяющимся количеством периодов. Процедура вычисления кодов синус- но-косинусных функций в Функциональном преобразователе идентична для любого номера тп = 1, 2 И синхроимпульса, поступающего с второго выхода блока 1 синхронизации при одновременной подаче отсчета напряжения 0 БчтУ д на вход преобразователя 14 напряжение - частота, а вычисление кодов адресов в формирователе 13 адреса:для считывания на выход мультиплексора 12, например, косинусных функций ряда частот, необходимых для синтеза ряда Фурье, в общем виде описывается следующими соотношениями; адреса, а после считывания Б-го кода а управляющий выход "Конец" Формироателя 13 поступает импульс, прекраающий работу последующих блоков инФормационно-вычислительного комплекса, в состав которого входит функцио-,нальный генератор (также устанавливающии в исходное состояние регистры 5, 6, 17 сдвига). При этом, благодаря нулевому состоянию первого ивторого разрядов двухразрядного регистра 5 сдвига, закрывается прохождение тактовьж 1 импульсов на вход с формирователя 13 адреса.При следующем синхроимпульсе (тп = 5 - 2) работа функционального преобразователя аналогична описанной, но Б= Б и шаг аргумента дА = ш = 2, т.е. на выход мультиплексора 12 по каждому 1-му тактовому импульсу считывается соответствующий код С1 т.е. Со, С, С С 1, С, С, С причем количество ординат наМпериод функции равно Пшподключении к выходу мультиплексора 12 цифроаналогового преобразователя на его выход поступает соответствующий ряд И частот непрерывных косинусных функций, например для задач непрерывного управления объектами или для синтеза непрерывной сложной функции.Рассмотрим подробнее работу возможного варианта выполнения формирователя 13 адреса.Режим 1. Ключ 44 установлен в положение а, при котором его выход через элемент 45 задержки подключен к К-входу счетчика 36 шага агрумента.30Перед началом работы формирователя через его управляющий вход в счетчик 36 шага аргумента поступает управляющий импульс, установив содержание счетчика 36 равным д А = 1, а на вход начальной установки О, поступил импульс с последнего выхода регистра 6 сдвига, благодаря чему в сумматор 31 записывается код И/2 с регистра 21, а триггеры 20 и 39 установле 40 ны в состояние, при которьж открыт первый вход элементов 2 И-ИЛИ 28, 42 и 43, а через интервал времени 4 (заданный элементом 34 задержки) этот импульс поступает на тактовый вход45 сумматора 29, разрешая запись в него кода К = И/4 с первого выхода регистра 21.Таким образом, в сумматорах 29 и 33, предназначенных для установки50 значений кодов граничных условий А и А (фиг.5 б и 5 а), в начальном состоянии установлены соответственно коды адресов А = М/4, А з, = О, а в сумматоре 31 - код М/2 для контроля55 знака синусной функции.По первому тактовому импульсу (1 = 1) в счетчике 35 тактов чстанавливается код 1 = 1, а в сумматорывычислители 30 и 34 по импульсу наих тактовых входах разрешается записьсоответственно кодов А , и А ,. КодА, через первый вход элемента 2 ИИЛИ 42 подается на адресный входмультиплексора 12 (фиг.1), на выходкоторого считывается код С р = М/4,знак которого зяп = + считывается свыхода сумматора 40 по модулю два че-рез открытый первый вход элемента 2 ИИЛИ 43 на входу функционального преобразователя.Через интервал временигь гэтот тактовый импульс поступает навход триггера 39, изменяя его состояние: через открытый второй вход элемента 2 И-ИЛИ 42 на его выход подаетсякод А а через открытый второй входэлемента 2 И-ИЛИ 43 на его выход с выхода сумматора 41 по модулю два подается знак отсчета синусной функции.Через интервал времени 1 + СФприблизительно равный интервалу дсмежду тактовыми импульсами, триггер 39возвращается в исходное состояние.При этом через интервал времени С х: 0,9 с первый тактовый импульс поступает на вход С сумматора 32, разрешает изменение значения аргумента:А, = А + гА = 1. Этот код подаетсяна вторые входы устройств сравнения37 и 38 и вторые входы сумматоров-вычислителей 30 и 34.Второй тактовый импульс устанавливает в счетчике 35 состояние= 2 иразрешает операции сравнения текущихкодов в устройствах 37 и 38 сравненияс граничными условиями, а в сумматорах-вычислителях 30 и 34 разрешаютсяоперации вычитания по модулюМА =А -3 А =-4- - 1, АС 1СО 4 ф=Ао - ОА = 1,Эти коды, как и в предыдущем случае, считываются через элемент 2 ИИЛИ 42 на адресный вход мультиплексора 12, а знаки соответствующих кодовординат считываются с выхода элемента 2 И-ИЛИ 43.Аналогично процедура формированиякодов адреса и знака выходных функцийвыпопняется до такта 1 = И/4, соответствующего граничному условию, записанному в сумматоре 29 (фиг.5 а,б);при этом срабатывает устройство 37сравнения, выходной импульс которогоявляется микрокомандой на изменение1352476 А 1 - 1 А гр - А 1знака косинусной Функции (фиг.5 б) всумматоре 40 по модулю два и микрокомандой на изменение кода граничного условия в сумматоре 38, в которыйзаписывается код с второго выхода регистра 21 коэффициентов, После этогов течение следующей четверти периодаФункции. на выход мультиплексора 12подаются коды функций, определяемыекодами адреса с кодового выхода фор- Юмирователя 13 адреса, а со знаковоговыхода формирователя 13 адреса с выходов сумматора 40 или 41 по модулюдва подаются потенциалы, соответствующие положительному (Фиг.5 а) или 15отрицательному (фиг5 б) знаку ординатэтих функций,Так как в счетчике 36 шага аргумента записано неизменно одно числош = 1, то выходные сигналы функционального генератора имеют постоянныйшаг аргумента А = 1 в течение заданного количества периодов функции. Приэтом после окончания каждого периода(при= Б) с выхода переполнениясчетчика 35 поступает импульс, устанавливающий в нулевое состояние счетчик 35 и сумматоры 29-34, а черезвремя 1405 ДЙ этОт импульс посту=пает на вход обнуления счетчика 36.Вследствие этого следующий импульс ш,поступающий на вход ш формирователяадреса вновь задает начальные состоя.ния в сумматорах 40, 41 по модулюдва, а в счетчике 36 шага аргумента 35устанавливает вновь код д А = Таким образом, Формирователь 13 адреса подготовлен к заданию кодов адресов и знаков следующего периода 40 функции с постоянным шагом.Режим 2. Ключ 44 установлен в положение б, при котором исключено периодическое обнуление счетчика 36, благодаря чему достигается изменение 45 шага аргумента 4 А = шЛА после окончания каждого периода функций. При первом импульсе (ш = 1), поступающем на управляющий вход форми рователя адреса, в счетчике 36 шага аргумента устанавливается код 1 А=1, после чего по каждому тактовому х-му импульсу осуществляется формирование кодов адреса и изменение знаков ординат функции аналогично режиму 1, при котором адресов 10Но после окончания формированияБ кодов адресов (т.е. считывания навыход Функционального преобразователяодного периода синусной и косинусной Функций) импульс переполнения счетчика 35 тактов поступает не только навходы обнуления сумматоров 29-34, нои на управляющий выход Формирователя 13 адреса,с которого подается через элемент ИЛИ 4 на тактовый входрегистра 5 сдвига: записанный в немодиночный импульс сдвигается с второго разряда, вследствие чего регистр 5сдвига обнуляется, запрещая прохождение тактовых импульсов через элемент И 19 на.тактовый вход формирователя 13 адреса.Второй управляющий импульс (ш = 2)с второго выхода блока 1 синхронизации, поступая на управляющий входФормирователя 13 адреса, устанавливает в начальные состояния сумматоры 40,41 по модулю два, а в счетчике 36 шага аргумента устанавливается код 21 А 2=2.Одновременно с поступлением в логические устройства функциональногопреобразователя импульса"ш = 2 навход преобразователя 14 напряжениечастота подключается напряжение уровня Б 2, а в процессе формированияфункции в блоке 11 счетчиков накапливается новый ряд кодов 62.1После этого начинается процедурасчитывания этих кодов через мультиплексор 12 по кодам адресов, сформированных с шагом в формирователе 13адреса: аналогично случаю ш = йА, =1 сначала в сумматор 29 записывается код граничного условия Н/4, в сумматор 31 - код Ю/2, в сумматоре 33остается нулевое значение кода, послечего в сумматоре 32 каждый 1-й тактовый импульс разрешает операции суммирования: 21Это текущее значение кода (ш 1) используется для сравнения с граничными условиями в устройствах 37 и 38 сравнения при поступлении каждого д-го тактового импульса.При переходе одной из функций нулевого значения (фиг.5 а) срабатывает одно из устройств сравнения 37 или 38: при микрокоманде р = 1 с устройства 37 сравнения разрешается запись в сумматор 33 граничного условия И/211 1352476 (для формирования кодов 1:. .-фиг.5 а), тВ 1а в сумматоре 40 по модулю два изме- н няется состояние в соответствии с изс менением знака косинусной функции- при ш И/4; шИщ 1 - Р - - - пРи 1(М/4 + Р Ы/211 предыдущий знак - при шМ/2; зеп С измененный знак - при ш х ) И/4 + р М/2;М/4 - ш 3.1 - при ш 10/2; Ас И/4+р М/2 - ш - при щ ) р М/2.частота, блок счетчиков, мультиплексор, формирователь адреса, элемент задержки, две группы элементов И, группа элементов ИЛИ и третий и четвертый элементы ИПИ, при этом второй выход блока синхронизации соединен с входом управления записью формирователя адреса, входами записи первого и второго регистров сдвига и первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых подключены к тактовым входам первого и второго регистров сдвига соответственно, при этом третий элемент ИЛИ соединен входами с первой группой выходов первого регистра сдвига, а выходом - с входом записи и тактовым входом третьего регистра сдвига, подключенного выходами к инверсным входам элементов И первой группы, соединенных прямыми входами с выходом преобразователя напряжение - частота и прямыми входами элементов И второй группы, а выходами - с соот 1 ветствующими счетными входами блока счетчиков, остальные счетные входы которого подключены к выходам элеменФункциональный преобразователь, содержащий регистры сдвига, первый и второй элементы ИЛИ и два элемента И, подключенных первыми входами к первому выходу блока синхронизации, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с це.- 55 лью расширения области применения путем управления величиной шага аргумента и амплитуды сигнала, в него введены преобразователь напряжение -При значении аргумента ш 12, М/2 срабатывает устройство 38 сравнения, формируя микрокоманду на изменение состояния сумматора 41 по модулю два 10 (в соответствии со знаком синусной функции), триггера 20 (вследствие чего открывается второй вход элеменСледовательно, по одному -му тактовому импульсу на выход функционального преобразователя считывается одна ордината синусной функции и одна ордината косинусной функции и соответствующие им знаки для одного периода кратного ряда Б дискретных функций или функций ряда 11 частот, Зто достигается благодаря считыванию кодов ряда кратных гармоник с переменным числом ординат 11 11/ш на период функМции, что достигается благодаря крат-. 45 ному изменению шага аргумента. Формула изобретения а 2 И-ИЛИ 28) и через элемент ЙПГ 22 а изменение граничного условия в умматоре 31 на значение А = ( -- +ББзг 1 2в -), а в сумматоре 29 - на значеИ ЯниеА = ( - -+- )сгр 4 2Таким образом, процедуры соответствующего изменения знаков и кодов адресов считывания ординат синусной и косинусной функции выполняются в течение тактов в соответствии с со- отношениями13 13524 тов ИЛИ группы, соединенных первымивходами с выходом элемента задержки,а вторыми входами - с выходами соответствующих элементов И второй группы, подключенных инверсными входамик выходам четвертого регистра сдвига,.соединенного входом записи и тактовым входом с выходом четвертого элемента ИЛИ, входы которого подключенык последнему выходу первой группы и Ювторой группы выходов первого регистра сдвига, соединенного входом обнуления с входами обнуления блока счет-чиков, третьего и четвертого регистров сдвига, вторым входом второго 15.элемента ИЛИ и выходом завершенияцикла формирователя адреса, подключенного входом начальной установки квыходу последнего разряда четвертогорегистра сдвига, третьему входу вто 76 14рого элемента ИЛИ и входу сброса преобразователя напряжение - частота,информационный вход которого является входом управления амплитудой сигнала функционального преобразователя,при этом выход последнего элемента Ипервой группы соединен с входом элемента задержки, а выходы второго регистра сдвига подключены к .вторымвходам первого и второго элементов И,выходы которых соединены соответственно с вторым входом первого элемента ИЛИ и тактовым входом формирователя адреса, кодовый выход которогоподключен к управляющему входу мультиплексора, соединенного информационными входами с выходами блока счетчиков, а выходом - с информационным выходом функционального преобразователя.1