Цифровой генератор периодических сигналов

(50 4 С 06 Р 1/О САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Информационный листок ВИМИ У 83-2022, М., 1983.Авторское свидетельство СССР Мф 475614, кл. С 06 Р 1/02, 1975, (54)(57) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРИОДИ" ЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, региетр кода, счетчик, преобразователь код-.аналог, причем выход генератбра импульсов подключен к входу делителя частоты, вход предваритель- ной .установки которого подключен к входу генератора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены блок формирования адресов, схема срав- нения и блок памяти, причем выход делителя частоты подключен к счетному входу счетчика, выход счетчика подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу старших разрядов регистра кода, выход младшего разряда которого подключен к входу управления образованием кода блока формирования адресов, выход схемы сравнения подключен к объединенным входу сброса счетчика и входу приращения блока формирования адресов, управляемый выход которого подключен к адресному входу блока .памяти, выход которого подключен к входу регистра кода, неуправляемый выход блока формирования адресов подключен к входу данных преобразователя код-аналог, вход управления полярностью сигнала которого подключен к выходу переполнения блока формирования адресов, выход преобразователя код-аналог подключен к выходу генератора, причем блок формирования адресов содержит шесть элементов И, две группы элементов НЕ, группу элементов ИЛИ, элемент НЕ, два триггера, две группы элементов И, два ключа, реверсивный счетчик, причем выход реверсивного счетчика подключен поразрядно к вхо" дам элементов НЕ первой и второй групп, первым входам элементов И пер" вой группы, входам первого элемента Ф И и к управляемому выходу блока формирования адреса, а выход первого элемента И подключен к входу первого С ключа, выход которого подключен кФ входу Я первого триггера, К-вход ко- С торого объединен с первыми входами . второго и третьего элементов И и под" ключен к выходу четвертого элемента И, входы которого подключены к выходам элементов НЕ первой группы, прямой и инверсный выходы первого триггера подключены к первым входам пятого и шестого элементов И соответственно, вторые входы которых объединены и подключены к входу приращения блока формирования адреса, выход пятого элемента И подключен к входу прямого счета реверсивного счетчика, вход обратного счета которого подключен к выходу шестого элемента И, вь 1 ход третьего элемента И подключен к входу второго ключа, выход которого подключен к Б входу второго триггера, К-вход которого подключен к выходу1191904 второго элемента.И, второй вход которого объединен с выходом переполнения блока формирования адресов и подключен к прямому выходу второго триггера, инверсный выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, вход управления образованием кода блока формирования адреса подключен к входу элемента НЕ и вторым входам элементов И первой группы, выходы элементов НЕ второй группы 1Изобретение относиТся к автоматикеи вычислительной технике и может найти применение в системах контроляэлектро- и радиоэлектронного оборудования, а также в моделирующих стендах 5для генерации электрических сигналов,представляющихсобой периодическиефункции времени различной формы,Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства при высокой точ-Оности воспроизведения заданных функций времени,На фиг, 1 представлена структурнаясхема цифрового генератора периодических сигналов; на фиг. 2 - схема15блока Формирования адресов.Цифровой генератор периодическихсигналов содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты с входом 3предварительной установки переменно Ого коэффициента деления, счетчик 4 сосчетным 5 и сбросовым 6 входами,схему 7 сравнения, регистр 8 кода спервым 9 и вторым 10 выходами, блок11 памяти, блок 12 Формирования адресов с первым 13, вторым 14 и третьим 15 выходами, первым-четвертым.16-19.входами, преобразователь коданалог 20 с первым 21, вторым 22входами и выходом 23, который одно- . ЗОвременно является выходом цифровогогенератора периодических сигналов,Блок формировачия адресов 12 содержит следующие узлы: первую и вторую группы элементов И 24 и 25 соответственно, первую и вторую группыэлементов НЕ 26 и 27 соответственно, элемент НЕ 28, первый - шестойэлементы И 29-34 соответственно,реверсивный счетчик 35 с входами 4 О подключены к первым входам элементовИ второй группы, вторые входы которыхобъединены и подключены к выходу элемента НЕ, выходы элементов И второйгруппы подключены к первым входамэлементов ИЛИ группы, к вторым входамкоторых подключены выходы элементовИ первой группы, выходы элементов ИЛИгруппы подключены к неуправляемомувыходу блока формирования адре -са. 2прямого 36 и обратного 37 счета,первый триггер 38 с К-входом 39 и8-входом 40, второй триггер 41 сК-входом 42 и Б-входом 43, первый ивторой ключи 44 и 45 соответственно,группу элементов ИЛИ 46,Делитель частоты 2 с входом 3для установки переменного коэффициента деления представляет собой счетчик с предварительной установкой,работающий в циклическом режиме,Этот счетчик формирует на своем выходе сигнал всякий раз, когда количество импульсов, поданных на еговход, становится кратным коэффициенту деления, Для этого на триггерныхячейках счетчика устанавливаетсяфиксированное число, дополняющеекоэффициент деления до числагде и - количество двоичных разрядовсчетчика. Установка триггерных ячеексчетчика в необходимое положениеосуществляется через вход 3, Делитель частоты выполнен по известной схемеБлок 11 памяти представляет собой совокупность адресуемых запоминающих элементов, которая совместно с регистром 8 кода и реверсивным счетчиком 35 образует перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, При этом реверсивный счетчик 35, содержимое которого воспроизводится на выходе 13, выполняет функции регистра адреса, а регистр 8 кода является регистром выходных данных,Преобразователь кодф.аналог 20 позволяет менять полярность сигнала на выходе 23 благодаря тому, что еговыходным элементом является переключатель полярности, управляемый сигналом переполнения, поступающим с выхода 15 блока 12 на вход 22.Блок 12 формирования адресов вос производит на своем выходе 14 поступающие на этот выход данные как в прямом, так и в обратном двоичном коде. Для управления формированием на выходе 14 прямого или обратного кода воспроизводимого числа ис 1 пользуется один разряд каждого из двоичных слов, хранящихся в блоке 1, Остальные разряды каждого из этих слов хранят код интервала вре мени между узлами квантования выходного сигнала цифрового генератора, При выводе указанных слов на регистр 8 содержимое разрядов, отображающих интервал времени, воспроизво дится на выходе 9 этого регистра а1 состояние разряда, управляющего образованием прямого или обратного кода данных, фиксируется на выходе О того же регистра, 25Цифровой генератор периодических сигналов работает следующим образом.Принцип, на котором основана работа цифрового генератора, формирующего на своем выходе 23 сигнал сту- З 0 пенчатой формы, заключается в том1 что позиционные двоичные коды на выходах 13 и 4 блока 12 получают единичные приращения в моменты времени, которые соответствуют момен там равномерного по уровню квантования воспроизводимой функции. При этом на выходе 13 блока 12 формируются коды адресов ячеек памяти блока 1в которых хранятся коды интервалов 40 времени между узлами квантования выходного сигнала, отображающего нг выходе 23 периодическую функцию времени Одновременно с образованием на выходе 13 того или иного кода 45 равный или обратный ему код формируется на выходе 14, который в каждый текущий момент времени определяет абсолютную величину воспроизводимой функции, 50Цифровой генератор периодических сигналов функционирует в двух режимах, определяемых настройкой реверсивного счетчика 35: прямом и совмещенном. 55 сВ прямом режиме реверсивный счета чик 35 ведет непрерывный счет имс пульсов, воздействующих на входн 1191904 416, последовательно изменяя своесодержимое от нуля до максимальновозможной реличины, многократно повторяя эти действия,Совмещенный режим работы реверсивного счетчика 35 реализует непрерывное чередование прямого, счетаимпульсов, воздействующих на вход 161с обратным. В этомслучае содержимое реверсивного счетчика 35 циклически меняется от нуля до предельного значения и от него до нуля.Для обеспечения правильного функционирования цифровой генераторпериодических сигналов должен бытьнастроен на воспроизведение определенной функции с заданной частотой. Этанастройка заключается в выполненииследующих операций,Занесение информации в ячейкипамяти блока 11, Эта операция осуществляется по известной технологииввода данных. в перепрограммируемыепостоянные запоминающие устройства.Установка коэффициента делениячастоты наделителе 2 частоты, Этаоперация выполняется для обеспечениязаданной частоты воспроизведенияизвестной функции.Установка ключа 44 в одном иэ двухфиксированных положений для организации прямого или совмещенного реажима работы реверсивного счетчика35. При разомкнутом положении ключа44 реализуется прямой режим работы1при замкнутом - совмещенный,у становка ключа 45 в одно из двухфиксированных положений для управления полярностью выходного сигналацифрового генератора, При разомкнутом ключе 45 обеспечивается постоянство полярности выходного сигнал апри замкнутом ключе 45 полярностьвыходного сигнала периодически изменяется. В этом случае изменение знака выходного сигнала происходит вмоменты, когда содержимое счетчика3 равно нулю, а время между этими35моментами зависит от состояния ключа 44. При разомкнутом ключе 44 этовремя равно длительности цикла прямого режима, а при замкнутом - совмещенного режима,Цифровой генератор периодическихигналов начинает работу при нулеом содержимом счетчика 4 и реверивного счетчика 35 после выполнеия настроечных операций. При этомна выходе 13 фиксируется нулевойкод, а содержимое нулевой ячейки,блока 11,.определяющее время допервого квантования выходного сигнала, выводится на регистр 8. Запускгенератора импульсов 1 обеспечива.ет поступление сигналов на счетныйвход 5 счетчика 4 с частотой, равнсй отношению частоты импульсов ге Онератора 1 к коэффициенту делениячастоты, установленному на делителе 2,В момент совпадения содержимогосчетчика 4 с кодом на выходе 9 регистра 8 схема 7 формирует импульс,воздействующий на сбросовый вход 6счетчика 4 и на вход приращения 16блока 12, Вследствие этого содержимое счетчика 4 вновь становится равным нулю, а на выходе 13 блока 12 . 2 Оустанавливается код, равный единицечто приводит к выводу нарегистр 8содержимого первой ячейки блока 11.Далее указанный процесс многократно повторяется с той разницей, что 25время между последующими импульсамина выходе схемы 7 определяется содержимым других ячеек памяти блока 11.При этом адреса возбуждаемых ячеекпамяти блока 11 меняются в соответ- ЗОствии с назначенным режимом работыреверсивного счетчика 35, посколькуего содержимое воспроизводится навыходе 13,Прямой режим работы реверсивного З 5счетчика 35 определяется разомкнутымсостоянием ключа 44. В этом случаепри нулевом исходном состоянии реверсивного счетчика 35 сигналы прямыхвыходов всех разрядов этого счетчика, 4 Опройдя через соответствующие элементы НЕ группы 26, вызывают появлениесигнала высокого уровня на выходеэлемента И 32. Этот сигнал, поступаяна К-вход триггера 38, ставит его 45в нулевое состояние. Поскольку цепьвоздействия на 3-вход 40 этого триггера разомкнута ключом 44, то триггер38 и впредь остается в нулевом положении. Следовательно, триггер 38 при Оэтом постоянно воздействует на.одиниз входов элементов И 33 и 34 сигна-,ламинизкого и высокого уровней соответственно, Импульсы, воздействующиепри этом на вход 16 приращения, через.элемент И 33 проходят на вход 36 прямого счета реверсивного счетчика 35,вызывая циклическое изменение содержимого этого счетчика от нуля до максимума. Соответственно этому адресуются ячейки блока 11,Совмещенный режим работы реверсивного счетчика 35 имеет место при замкнутом ключе 44, В этом случае нареверсивном счетчике 35 последователь"но реализуется прямой и обратный счетимпульсов, поступающих на вход 16,Поскольку ключ 44 замкнут, то к моменту завершения прямого счета, когдана реверсивном счетчике 35 установит"ся максимальное число, кодируемоеединицами во всех разрядах, на 8-вход40 приходит сигнал высокого уровня,возникающий при этом на выходе элемента И 29, Одновременно с этим наК-вход 39 триггера 38 со стороны элемента И 32 поступает сигнал низкогоуровня, Вследствие этого триггер 38переходит из нулевого состояния в единичное, а сигналы на его выходах меняют свою полярность, Следовательно,импульсы, воспринимаемые входом 16приращения в этом случае возбуждаютвход 37 обратного счета реверсивногосчетчика 35, поступая на него черезэлемент И 34, Счетчик 35 последовательно уменьшает свое .содержимоедо нуля. Нулевое содержимое реверсивного счетчика 35 вызывает изменениеполярности сигналов на входах 39 и40 триггера 38что изменяет егосостояние и приводит к повторениюцикла, характеризующего совмещенныйрежим.При совмещенном режиме работы ре-,версивного счетчика 35 возбуждаемыеадреса ячеек памяти блока 11 циклически повторяются, а внутри каждогоцикла они последовательно меняютсяот нулевого значения до максимального, а затем от максимального донулевого, Такая адресация ячеекпамяти в сочетании с возможностьюизменения полярности сигнала на вьгходе 23 генератора позволяет генерировать сигналы, воспроизводящиечетные и нечетные симметричныефункции, например гармонические,При этом минимизируется объем применяемых запоминающих элементов дляблока 11,Одновременно с изменением кодана выходе 13, которое еыполняетсяйнкрементно, инкрементно изменяется исигнал на выходе 14, При этом обес7 11печивается формирование на выходе 14позиционногс двоичного кода, равногоили обратного коду на выходе 13.Это необходимо, например, для генерации релаксационных колебаний квоспроизведения функций, имеющих наинтервале прямого цикла два сопряженных монотонных участка с разнымизнаками производной,Управление образованием кода навыходе 14 выполняется по бинарномусигналу, поступающему с выхода 10регистра 8 на вход 17 управления,образованием кода блока 12, и осуществляется следующим образом.Код, сформированный реверсивнымсчетчиком 35 и воспроизводимый навыходе 13, поступает также и на группу элементов И 24. Группа 25 воспри нимает этот код поразрядно, используя 20при этом один иэ входов каждог своего элемента И, Благодаря этому привысоком уровне сигнала на входе 7,который воздействует на другие входыэлементов И группы 24, выходы послед ней дублируют содержимое счетчика35, При этом на выходах группы элементов И 25 формируются сигналы низкого уровня, поскольку на один извходов каждого элемента этого блокавоздействует сигнал низкого уровня.Этот сигнал низкого уровня поступаетс выхода элемента НЕ 28, который инвертирует сигнал высокого уровня,воздействующий на вход 17.35Следовательно, в этом случае группа 46 элементов ИЛИ, передавая навыход 14 состояние элементов И группы 24, воспроизводящих содержимоереверсивного счетчика .35 обеспечивав 40ет совпадение кодов на выходах 13и 14.Низкий уровень сигнала на входе17 приводит к формированию на выходе14 кода, обратного коду на выходе 1345Это происходит благодаря тому, что,с одной стороны, сигнал низкогоуровня входа 17, воздействуя наэлементы И группы 24, приводит кформированию на выходах элементов50этой группы сигналов низкого уровня,с другой стороны, сигнал высокогоуровня, образуемый на выходе элемента НЕ 28, поступает на вход каждогоэлемента И группы 25, благодаря чему55эта группа элементов дублирует навыходах своих элементов выходныесигналы элементов группы 27. Посколь 91904 8 ку реверсивный счетчик 35 поразрядно соединен с элементами НЕ группы 27, то выход последнего, а значит и выход группы -25, отображает код, обратный зафиксированному реверсивным сиетчиком 35.В результате логического сложения бинарных сигналов группы 25 и сигналов низкого уровня группы 24, вы полняемого элементами ИЛИ группы.46, на выходе последней образуется код, обратный зафиксированному реверсив-. ным счетчиком 35 и.коду на выходе 13.Полярность периодического сиг-: нала на выходе 23 цифрового генератора определяется уровнем сигнала на выходе 15 триггера 41. Управление уровнем сигнала на выходе 15 осуществляется ключом 45,При разомкнутом ключе 45 цифровой генератор периодических сигналов работает с неизменной полярностью выходного сигнала, Это происходит потому, что при исходном. состоянии реверсивного счетчика 35, когда его содержимое равно нулю, на выходе элемента И 32 возникает сигнал высокого уровня, Если при этом триггер 4 находится в единичом состоянии, то сигнал его пряого выхода 15, воздействуя вместе с сигналом высокого уровня элемента И 32 на входы элемента И 30, выэыва" ет на выходе этого элемента сигнал высокого уровня, Этот сигнал возЭ буждая К-вход 42 триггера 41, переводит его в нулевое состояние, Если же при исхоцном положении реверсивного счетчика 35 триггер 4 находится в нулевом состоянии, то оно не претерпевает изменения.Нулевое состояние триггера 41 прн разомкнутом ключе 45, а значит и полярность сигнала на выходе 23 остаются неизменными и впредь такВ как разомкнутый ключ 45 исключает какое-либо воздействие на 8-вход 43 триггера 41,При замкнутом ключе 45 состояние - триггера 41, а значит и полярность сигнала на выходе 23 изменяют"ся всякий раз, когда содержимое реверсивного счетчика 35 принимает нулевое .значение, вызывая сигнал переполнения блока 12, Это происходит потому, что перекрестные обратные связи прямого и обратного выходов триггера 41 с его входами 42 и9 1191904 1043, организованные с помощью элемен- ключення триггера 4 определяется тов И 30 и .,31, включаются одновре- длительностью цикла прямого режима менно всякий раз, когда на выходе рабо-.ы реверсивного счетчика 35 в элемента И 32 возникает сигнал высо- случае, если ключ 44 разомкнут, а кого уровня, определяемый нулевымпри замкнутом ключе 44 - длительсостоянием реверсивного счетчика 35. костью цикла совмещенного режима рабоПри этом время междумоментами пере- ты этого счетчика,