Функциональный генератор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН БРЕТЕНИ ТЕПЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВ(56) 1. Авторское свидетельство СМф 840853, кл. С 06 Г 1/02, 19782. Авторское свидетельство СССВ 970631, кл. Н 03 В 19/00, 1980,3. Техника средств связи. Серн(54)(57) 1. ФУНКЦИОНАЛЬНЬЙ ГЕНЕРАТОР,содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик адреса, подключенный выходами к входам запоминающегоустройства значений синусов, и цифроаналогогий преобразователь, соединенный выходом с входом фильтра нижнихчастот, выход которого является выходом функционального генератора,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения класса воспроизводимых функций, в него дополнительнвведены элемент Исчетчик аргументаблок памяти частот, преобразователькод-частота, блок памяти амплитуд блок выбора характеристик генерируемой функции и блок умножения, подключенный выходами к входам цифроаналогового преобразователя, первой группой входов - к выходам запоминающегоустройства значений синусов, а второйгруппой входов - к выходам блока памяти амплитуд, соединенного первойгруппой адресных входов с первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции и с первойгруппой адресных входов блока памяти частот, а второй группой адресных 3150 6 06 Г 1/02 1/021 С 06 Л 3/О входов - с выходами счетчика аргумента и с второй группой адресных входов блока памяти частот, подключенного выходами через преобразователь код-частота к счетному входу счетчика адреса, соединенного установочными входами с второй группой выходов блока выбора характеристик генерируемой Функции, подключенного первым входом к шине запуска Функционального генератора, вторым входом - к выходу переполнения счетчика аргумента, первым выходом - к входам управления установкой кода счетчика аргумента и счетчика адреса, вторым входом - к первому входу элемента И, а третьей группой выходов - к установочным входам счетчика аргумента, соединенного счетным входом с выходом элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора тактовых импульсов.2. Генератор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что блок выбора характеристик генерируемой функции содержит регистры, программные переключатели, Формирователь импульсов и триггер, подключенный установочным входом и входом обнуления к первому и второму входам блока выбора характеристик генерируемой Функции соответственно, а выходом - к второму выходу блока выбора характеристик генерируемой функции и к входу формирователя импульсов, соединенного выходом с первым выходом блока выбора характеристик генерируемой функции и с управляющими входами четырех регистров, каждый из которых подключен информационными входами к выхо-. дам соответствующего программного1 092483 переключателя, причем выходы первого и второго регистров являются первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции, а 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для генерирования сигналов сложной формы, в частности, осциллирующих функций,.Известен Функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, преобразователь код-частота, блок управления, элемент ИЛИ, формирователь периода, распределитель, блок памя" ти, регистр, коммутатор и цифроаналоговые преобразователи Я .Недостатком этого генератора является ограниченный класс воспроизводимых функций.Известен также функциональный генератор, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счетчики, коммутаторы, сумматоры, запоминающие устройства, блоки переключателей, умножители, формирователь импульсов, триггер, ключ, блок сравнения, квадратор, цифроаналоговый преобразователь и Фильтр нижних частот 2,Недостатками данного генератора являются сложность технической реализации и пониженное быстродействие.Наиболее близким к предлагаемому является функциональный генератор, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик адреса, подключенный выходами к входам запоминающего устройства значений синусов, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный выходом с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом 35 функционального генератора, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к счетному входу счетчика адреса, а выходы запоминающего устройства соединены с входами цифро-.ана логового преобразователя 13.Недостатком такого генератора является ограниченный класс воспроиэводимых функций иэ-эа ограниченноС- ти объема запоминающего устройства, 45 выходы третьего и четвертого регистров - второй и третьей группами выходов блока выбора характеристикгенерируемой функции соответственно. 2не позволяющего воспроизводить, в частности осциллирующие Функции.Цель изобретения - расширение класса ВоспРоизвОдимых функций.Поставленная цель достигается тем, что в функциональный генератор, содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик, подключенный выходами к входам запоминающего устройства значений синусов, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный выходом с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом функционального генератора, дополнительно введены элемент И, счетчик аргумента, блок памяти частот, преобразователь код-частота, блок памяти амплитуд, блок выбора характеристик генерируемой функции и блок умножения, подключенный выходами к входам цифроаналогового преобразователя, первой группой входов - к выходам запоминающего устройства значений синусов, а второй группой входов к выходам блока памяти амплитуд, соединенного первой группой адресных входов с первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемой функции и с первой группой адресных входов блока памяти частот, а второй группой адресных входов - с выходами счетчика аргумента и с второй группой адресных входов блока памяти частот, подключенного выходами череэ преобразователь код-частота к счетному входу счетчика адреса, соединенного установочными входами с второй группой выходов блока выбора характеристик генерируемой Функции, подключенного первым входом к шине запуска функционального генератора вторым входом - к выходу переполнения счетчика аргумента, первым выходом - к входам управления установкой кода счетчика аргумента и счетчика адреса, вторым входом - к первому входупоступает на первый вход элемента И 2и открывает ега. Тактовые импульсыс генератора 2 тактовых импульсов 3 10924элемента И, а третьей группой выходов - к установочным входам счетчика аргумента, соединенного счетнымвходом с выходом элемента И, подключенного вторым входом к выходу гене 5ратора тактовых импульсов.Блок выбора характеристик генерируемой функции содержит регистры,программные переключатели, формирователь импульсов и триггер, подключенный установочным входом и входомобнуления к первому и второму входам.блока выбора характеристик генерируемой функции соответственно, а выходом - к второму выходу блока выбо 15ра характеристик генерируемой функциии к входу формирователя импульсов,соединенного выходом с первым выходом блока выбора характеристик генерируемой функции и с управляющимивходами четырех регистров, каждый изкоторых подключен информационнымивходами к выходам соответствующегопрограммного переключателя, причемвыходы первого и второго регистров 25являются первой группой выходов блока выбора характеристик генерируемойфункции, а выходы третьего и четвертого регистров - второй и третьейгруппами выходов блока выбора характеристик генерируемой функциисоответственна.На фиг. 1 изображена блок-схемафункционального генератора; на фиг.2 функциональная блок-схема выбора характеристик генерируемой функции;на фиг. 3 - примеры, поясняющие работу функционального генератора.Функциональный генератор содержитгенератор 1 тактовых импульсов, элемент И 2, счетчик 3 аргумента, блок404 выбора характеристик генерируемойфункции, блок 5 памяти частот, блок6 памяти амплитуд, преобразователь7 код-частота, счетчик 8 адреса,запоминающее устройство 9 значений45синусов, блок 10 умножения, цифроаналоговый преобразователь 11 и фильтр12 нижних частот, шину 13 запуска83 4ходов блока 4 образуют выходы 21 регистра 17, второй выход блока 4 обозначен позицией 22, первый выход - 23,В основе работы функционального генератора лежит представление осциллирующих специальных функций в виде синусоидального напряжения с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой А(д + С) 81 пГЫ (о + С) + о 1 где 10 - исходный момент времени; У - исходная фаза колебания. Введение исходного момента времени связано с тем, что некоторые специальные функции имеют в начале координат значения равные бесконечности и их необходимо генерировать, начиная с определенного значения аргумента. Амплитудная и частотная функции А(с) и сй (г.) записываются в виде последовательности цифровых кодовв запоминающее устройство 5 частоти запоминающее устройство 6 амплитуд.Выбор этих последовательностей производится одновременно кодом счетчика 3 аргумента, у которого выходыразрядов подключены к второй группеадресных входов блоков 5 и 6. Перваягруппа адресных входов этих блоковзадается с блока 4 и обозначает вид специальной функции и ее номер.Функциональный генератор работает следующим образом.Пусковой импульс по входу 24 запускает триггер 14 (фиг. 2), С прямого выхода триггера 14 потенциал логической "1" по выходу 22 блока 4 через элемент И 2 поступают на счетный вход счетчика 3 аргумента. Этот же потенциал логической "1" стриггера 14 поступает на формирователь15 импульсов, который по переднемуБлок 4 содержит триггер 14, формирователь 15 импульсов, четыре программных переключателя 16, 16, 16, 16 и четыре регистра 174, 17, 175, 17 . Первую группу выходов блока 4 образуют выходы 18 регистра 17 ,55 и выходы 19 регистра 17, вторую группу выходов блока 4 образуют выходы 20 регистра 171, третью группу выфронту вырабатывает короткий импульс. Внутри блока 4 этот импульс поступает на управляющие входы регистров17 - 17 и в эти регистры производится запись кодов с программных переключателей 164 - 16 . Еод программного переключателя 16 обозначает вид специальной функции, например, 0001 - функции Бесселя, 0110 - поли1092 ЗО Вномы Лагерра и т.п. Код программного переключателя 16 обозначаетномер функции, например, 0000 - функция Бесселя У (й), 0111 - функцияБесселя д (с) и т.д. Код программного переключателя 16 обозначаетисходную фазу колебания 1 , код программного переключателя 16 обозначает значение аргумента, с которогоначинается формирование специальной 1 Офункции. Короткий импульс с формирователя 15 по выходу 23 блока 4 поступает на входы управления установкой кода счетчика 3 аргумента исчетчика 8 адреса. В счетчик 3 аргумента по этому импульсу заноситсякод начального значения аргумента сгруппы выходов 21 блока 4, в счетчик 8 адреса заносится код исходнойфазы колебаний с группы выходов 20блока 4, Таким образом, генерирование специальной функции начинаетсяс некоторых исходных значений аргумента и начальной фазы,Импульсы генератора 1 тактовых импульсов, поступающие на вход счетчика 3 аргумента через элемент И 2,изменяют число на выходах разрядовсчетчика 3. Этим изменяется адресна вторых группах адресных входовзапоминающих устройств 5 и 6 и навыходах этих устройств появляютсякоды значений амплитудной и частотнойфункций для выбранного вида и номерафункции, заданных по первым группам35адресных входов устройств 5 и б сблока 4. Код частотной функции поступает на преобразователь 7 код-частота, с выхода которого импульсы переменной частоты поступают на счетныйвход счетчика 8, Число на выходахразрядов счетчика 8 меняется быстрееилимедленнее в зависимости откода частотной функции. В запоминающем устройстве значений 9 синусов45хранятся значения синусов чисел, поступающих на адресные входы. Этисинусы в виде цифровых кодов поступают на первую группу входов блока 10умножения, а на вторую группу входов50, этого блока поступает код амплитудной функции с запоминающего устройства 6. Цифровой код произведения с выходов блока 10 умножения поступаетна цифроаналоговьцФпреобразователь 11 483где преобразуется в аналоговое напряжение, фильтр 12 нижних частот сглаживает ступенчатые изменения этого напряжения.На фиг. 3 в качестве примеров представлены амплитудные и частотные функции для 11-й функции параболического цилиндра Тци для 2-й функции Бесселя 1 (1:). Значения амплитудной и частотной функций для каждого конкретного случая определяются непосредственно по графикам и таблицам специальных функций, так как аналитически их определить трудно.Например, амплитудную Функцию можно приближенно построить по значениям максимумов осциллирующей функции, а частотную - по интервалам между нулями, Полученные дискретные значения на графике соединяются плавной линией, а затем аппроксимируются ступенчатой функцией (фиг. 3).Ступенчато изменяющиеся значения амплитудной и частотной функций для различных специальных Функций записываются в блоки 5 и б памяти, В таком виде функциональный генератор готов к работе. Программными пере" ключателями 16 - 1 бл задают вид и номер Функции, начальную фазу (например, на фиг. 3 а при= 0 начальная фаза равна 180 , а на Фиг, 3 Б - О ) и, при необходимости начальное значение аргумента (такая необходимость возникает в тех случаях, если в точке 1 = О начальное значение специальной функции равно бесконечности. При аппаратурной реализации функциональный генератор несложен: счетчики 3 и 8 потребуют по 2 микросхемы К 155 ИЕ 7, блоки выбора характеристик - 4 микросхемы К 155 ИР 13 и одну К 155 ТМ 2, ПЗУ 5,69 по 1-2 микросхемы К 556 РТ 5, преобразователь код-частота импульсов - 2 микросхемы К 155 ИЕ 8 и 2 - К 155 ИЕ 5, блок умножения потребует 8 микросхем, цифроаналоговый преобразователь 11 и фильтр 12 нижних частот - по 1 микросхеме. Вместе с остальными узлами это составляет 27-30 микросхем (все расчеты даны для 8-разрядной реализации генератора).1092483 Заказ 3255/32 Тираж 699 ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Подписное Филиал ПШ "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель С. Казинов Редактор И, Касарда Техред И.Метелева Корректор С. Шекмар