Цифровой широтно-импульсный модулятор

(9) (1) 402 А 5 оз Н 03 К 7/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) А.В.Пома (56) Злектро микрострукту спрука, М.;МАвторское Ь 1083357, кл киника СБИС Проектирование(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.5 10 15 20 25 30 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 широтно- импульсного модулятора,На чертеже представлена блок-схема цифрового широтно-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 со счетнь 1 м входом двоичного счетчика 2, И разрядных выходов которого соединены с первой группой из М входов сумматора 3, выходы старших разрядов двоичного счетчика 2 и сумматора 3 соединены со входами фазового компарато. ра 4, выход которого соединен с выходной шиной. выходы логической матрицы 7 подсоединены соответственно к входу источника сигнала 8 и управляющим входам регистров 5, б, Кразрядный выход источника сигнала 8 соединен с Мразрядным входам первого регистра 5, Кразрядные выходы которого соединены с йразрядными входами второго регистра 6, Мразрядные выходы которого подключены к второй группе иэ Ивходов сумматора 3, э входы логической матрицы 7 соединены с выходами дваичнага счетчика 2,Устройство работает следующим абразом,Импульсы с выхода генератора 1 поступают нэ счетный вход двоичного счетчика 2, на выходах которого формируется И последовательностей прямоугольных импульсов,каждая иэ которых поступает на соответствующий разряд М 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 логическому нулю. Последовательность наименьшей частоты, вырабатываемая старшим разрядом двоичного счетчика 2, поступает на первый вход фазового компаратора 4, на второй вход кота рагс поступает последовательность с 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 широтна-модулированных импульсов, и = И,Управляющий кад на второй половине входов сумматора 3 определяется кодом, хранящимся в регистре 6, выход которого соедине с варой половиной сумматора 3 Код в регистре б 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 б, 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 Тядр + гап, большую чем время тап задержки 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 в 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 б нового управляющего кода происходит лищь после того, как очередной широтно-модулированный импульс сформирован, так как это происходит не раньшетого 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 как1тап = -С 1,ттгде 1 т - тактовая частота микропроцессорной системы;С - количество тактов. необходимое для выполнения 1-ой команды;К - общее число выполняемых микропроцессорной системой команд,необходимых для обработки исходных данных и выдачу кода на выходные шины.Если бы гап было достаточно малым по сравнению с периодом широтно-модулированных импульсов или тап = 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 импульсане 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 тап может достигать неприемлемых значений.Например, при тактовой частоте микропроцессорной системы 1 т = 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 сдвиг1Тап = - К ф С = 67,5 мкс,ттчто составляет более половины периода выходных широтно-модулированных импульсов и неприемлемо, потому что приводит к ошибке в работе прототипа, тэк кэк микропроцессорная система может не успеть вы.дать соответствующий код к моменту 5 времени, когда в цифровом широтно-импульсном модуляторе начинается формирование очередного широтно-модулированного импульса.Таким образом, апертурный сдвиг в рас сматриваемом примере находится в пределе 0 гап = 67,5 мкс, принимая некоторые промежуточные значения, так как в общем случае программа обработки данных микропроцессорной системой име ет несколько трасс, которым можно сопоставить различные тап в пределах от 0 до 67,5 мкс и которым можно сопоставить переменные исходные данные, Поэтому усредненная во времени ошибка прототипа 20 носит характер постоя н ной погрешности.При работе в укээанных условиях предлагаемый цифровой широтно-импульсный модулятор исключает возможность ошибки при задержке апертуры в источнике сигна ла. при этом тап может быть близким кпериоду широтно-модулированных импульсов.В условиях работы, приведенных в данном примере, возможна следующая органи зация работы цифровогоширотно-импульсного модулятора. Во время, близкое к началу формирования текущего широтно-модулированного импульса, длительность которого определяется кодом.35 хранящимся в регистре б, с выхода логической матрицы 7 выдается сигнал "запрос прерывания" микропроцессорной системы, которая начинает обработку новых текущих данных. Тэк как заранее известно, что эпер турный сдвиг в микропроцессорной системене может превышать величину г,п по истечении этого времени логической матрицы 7 выдается стробирующий сигнал регистру 5, в который записывается новый код, приня тый с выходных шин микропроцессорнойсистемы, а в момент времени близхой 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-модулированного импульса на вторых входах сумматора 3 присутст вует новый код, хранящийся н регистре б.Работа в режиме прерывания микропроцессорной систел 1 ы подрааул 1 енэется прерывание выполнения микропроцессорной системой некоторой програл 1 лы, для ко 1762402торой, в приведенном примере, может отводиться время не менее Т - гап в течение каждого периода Т формирования широтно- модулированного 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 широтно- модулированного 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 широт 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 но-импульсного модулятора и выдачу сигналов внешним устройствам, если зто 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 широтно- импульсного 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, Й разрядных выходов которогосоединены с первой группой из Й входов сумматора, выходы старших разрядов двоичного счетчика и сумматора соединены с входами фазового компаратора, выход которого соединен с выходной шиной устройства, о т л и ч а ю щ и й с я 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, (Й)-разрядный выход источника сигнала соединен с (Й)-разрядным входом первого регистра, (Й)-разрядный выход которого соединен с (Й)-разрядным входом второго регистра, (Й)-разрядный выход которого подключен к второй группе из Йвходов сумматора, а входы логической матрицы соединены с выходами двоичного счетчика.