Цифровой генератор функций

)4 С 06 ЕН 4 Вр л,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институтим. В.И.Ульянова (Ленина)(56) Авторское свидетельстно СССР У 809125, кл, С 06 Г 1/02, 1981.Авторское свидетельство СССР 1) 1108426, кл. С 06 Г 1/02, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ (57) Изобретение относится к автома тике и нычислительной технике и пре назначено для использования в моделирующих и испытательных комплексах в качестве быстродействующего генер тора сложных функциональных зависимостей. Целью изобретения является повышение быстродействия цифрового генератора. В состав генератора вхо дят генератор импульсов, делитель частоть 1, четыре счетчика, три блока памяти, блок памяти управляющей информации, два сдвиговых регистра,мультиплексор, узел регистров, днаэлемента ИЛИ, генератор одиночных импульсов и регистр коэффициентов. Повышение бьстродействия цифроного генератора достигается благодаря увеличению скорости выдачи выходного кодаи возможности получения произвольного по модулю приращения выходного кода за один такт на произвольном такте. Класс воспроизводимых функцийрасширяется за счет аппроксимациисплайнами произвольного нида с произвольными по знаку и модулю приращениями на любом такте, причем наборсплайнон хранится в блоках памяти,куда они вызываются н соответствии программой воспроизведения, Увеличение скорости выдачи выходного кодадостигается за счет распараллеливания процессов выборки параметров измедленнодейстнующих блоков памяти ипроцессов их обработки в быстродействующих регистрах, мультиплексоре ивыходном реверсивном счетчике. 7 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в моделирующих и испьггательных комплексах в качестве быстродействующего генера тора сложных функциональных зависимостей.Целью изобретения является повышение быстродействия.На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2 и 3 - соответственно графики, иллюстрирующие максимально допустимый модуль наклона выходного сигнала и дли 1 йтельность сигнала произвольной формы;на фиг. 4 - 6 - примеры воспроизводимых устройством сплайнов и составленных из них фуккций; на Фиг. 7график и базисные кодовые последовательности одного из возможных генери 2 Оруемых сплайнов.Цифровой генератор содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, счетчики 3 и 4, блок 5 памяти,25блок 6 памяти управляющей информации,реверсивный счетчик 7, цифроаналого -вый преобразователь 8, блоки 9 и 10памяти, сдвиговые регистры 11 и 12,элемент ИЛИ 13, счетчик 14, мультиплексор 15, регистры 16 и 17 узла 18регистров, регистр 19 коэффициентов,элемент ИЛИ 20, генератор 2 1 оциночных импульсов, цифровой 22 и аналоговый 23 выходы цифрового генератора.Генератор функций работает следующим образом,В режиме настройки в блоки 5 и 9в каждую строку с номером (адресом)И (И=0,1Й, где й - количествострок в идентичных блоках 5 и 9) заносятся двоичное словоБ )=(Б к1Б,Би слово Б;) =(Яов,,Б,.1,), (соответственно дляблока 5 и 9), определяющие в режимевоспроизведения последовательности Б 45и Б состояний соответственно первогои второго управляющих входов счетчика 7. В блок 10 в каждую строку с номером (адресом) Ы(И=0,1Ь,где Ь - число строк блока 10) зано О3 3сится двоичное слово (Я=(Бй о,юБ к,,Б.1 и , определяющее в ре 1,кжиме воспроизведения последовательзность Б и - разрядных кодов установкиЧ3счетчика 7. Слова Б,Я и Я, 55взятые для одного участка аппроксимации (шага программы), представляютсоответственно битовый вектор состояний первого управляющего входа, битовьп вектор состояний второго управляющего входа и сжатый" (последовательность П ) кодовый вектор состояний входа установки реверсивного счетчика 7, при этом формат слов Б У и Б равен С, Формат слова (Я 2-(8-1)п, где и является форматом слова Б(7=0,1д - 1). В блок 6 за - носится программа воспроизведения заданной функции в виде последователь 2 з: ности слов К,И, М, И. . где1 зф11:о К,ИИ ,.И - соответственно коды на втором, первом, третьем и четвертом выходах блока б на шаге программы з., определяемым кодом на выходе счетчика 4; ш - число шагов программы,Исходным состоянием устройства после записи данных в блоки 5, 6, 9 и 10 являются нулевые состояния блоков 2,4,7,14 и состояние переполнения (состояние С) счетчика 3 номера такта (схема установки в исходное не показана на Фиг. 1, причем при отсутствии исходной установки указанных блоков через определенное число тактов в режиме воспроизведения генерируемая Функциональная последователь - ность кодов на выходе 22 примет кад лежащий вид). При этом на выходах блока б с первого по четвертый присутствуют коды соответственно номера строки г 1, блока 5, коэффициента деления , делителя 2, номера строки И,,з блока И и номера строки Х блока 10, на выходе блока 5 - код (Бмк:к" на выходе блока И - код (Як :", нао выходе блока 10 - код (Яз, прий к:к, ф чем данные на выходах блоков 5, И и 10 определяют вид сплайна, а К, коэффициент маспггабиоования по оси времени для О участка аппроксимации, Затем генератором 21 вырабатывается оциночный импульс, проходящий через элемент ИЛИ 20. По переднему фронту импульса в регистры 11 и 12, ка управляющих входах которых со счетчика 3 (находящегося к этому моменту в состоянии псреполнения) поступает уровень 0 (режим записи регистров 11 и 12), записьпзаются соответственно векторы ( Б , к и (Б, ",. Через гремя задержки в счетчике 3 ка его выходе уровень изменяется ка "1" (нулевое состояние). По этому фронту происходит запись кода К, в регистр 19, запись вектора Яо в регистрь 16-17 узла 18 и увеличе 12364воспроизводимой зависимости, состоящей из сплайнов, полученных при использовании, последовательностей2таких, что Б Б =1; на фиг, 6 - пример воспроизводимой зависимости, состоящей из сплайнов, определенных произвольными последовательностями Б2Б Б,0Формула из о брет енияЦифровой генератор функций, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, два счетчика, блок памяти, блок памяти управляющей информации, реверсивный счетчик, причем выход генератора импульсов подключен к информационному входу делителя частоты, адресный вход первого блока памяти подключен к выходам разрядов первой группы поля адресации блока памяти управляющей информации, адресный вход которого подключен к выходу первого счетчика, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше 25 ния быстродействия, в него введены два блока памяти, два сдвиговых регистра, два элемента ИЛИ, счетчик, мультиплексор, узел регистров, генератор одиночных импульсов, регистр З 0 коэффициентов, причем выход регистра коэффициентов подключен к управляющему входу делителя частоты, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, входу синхрони- З 5 зации третьего счетчика и входу синхронизации реверсивного счетчика, первый и второй управляющие входы которого объединены соответственно с первым и вторым входами второго 10 51 8элемента ИЛИ и подключены соответственно к информационным выходам первого и второго сдвиговых регистров, входы синхронизации которых и вход синхронизации второго счетчика подключены к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора одиночных импульсов, входы установки первого и второго сдвиговых регистров подключены к выходам первого и третьего блоков памяти соответственно, адресный вход третьего блока памяти под" ключен к выходам разрядов поля адре" сации блока памяти управляющей информации, вход установки регистра коэффициентов подключен к выходам разря- дов поля коэффициента деления блока памяти управляющей информации, выходы разрядов третьей группы поля адресации блока памяти управляющей информации подключены к адресному входу четвертого блока памяти, информационные выходы которого подключены к входам установки регистров узла, 1выход переполнения второго счетчика подключен к разрешающим входам первого и второго сдвиговых регистров, входу сброса третьего счетчика, входу синхронизации первого счетчика, входам синхронизации регистра коэффициентов и регистров узла, выходы которых подключены к информационным входам мультиплексора, управляюпщй вход которого подключен к выходу третьего счетчика, вход прямого счета которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, выход мультиплексора подключен к входу установки реверсивного счетчика.ние на единицу кода на выходе счетчика 4, Через время задержки в блоке 6 памяти на его выходах появляет 1 г эся слово КК,И ,И,Б;), а через времязадержки в блоках 5, 9 10 на входеустановки регистра 11, входе установки регистра 12 и входах установкирегистров 16-17 узла 18 устанавли 1ваются соответственно вектор (Б ".,вектор (Б ) ги вектор (Бь,10й й=й н ч=й,фсоответствующие первому участку аппроксимации.Перед началом режима воспроизведения на первом управляющем входе,втором управляющем входе и входеустановки счетчика 7 присутствуютсоответственно логические уровни Ба ( г) 3 ( Л)хранящийся в регистре 16 (при сброшенном счетчике 14 мультиплексор 15 20подключает к входу установки счетчика 7 выход регистра 16), например,на Фиг. 4 эти значения равны, соответ-ственно 1, 1 и 5.Режим воспроизведения начинаетсяс подачи импульсов частоты г, с генератора 1.По каждому импульсу с выхода делителя 2, определяющему такт (максимальная частота этих импульсов равна 30, ), срабатывают блоки 7,14 и 20, ачерез время задержки в элементе ИЛИ 20 - блоки 3, 11, 12,Выходной код счетчика 7 принимает одно из следующих четырех саста-З 5яний после прихода импульса на еговход синхронизации от состояний управлящий входов и входа установки непосредственно перед приходом импульса:увеличивается на единицу при Б=0 0Б,=1; П =Х (где Б ,Б и П - состояние соответственно первого, второгоуправляющих входом и входа установки;Х - произвольное значение), уменьшается на единицу при Б =1; Б =О Пя =Х 45сохраняет предыдущее состояние приБ =Б =1; П=Х, устанавливается в состоянйе Ппри Б =Б=О (Фиг. 4, моменты поступления импульсов показаны на оси , а ниже их - саответст Овующие значения Б , Бм и Б , причемМвременная задержка в счетчике 7 непоказана).Регистры 11 и 12 работают в режиме сдвига или записи данных с входовустановки соответственно при уровне"1" или "0" на их управляюпщх входах,На каждом такте 3 с (С г)-го по (С г++С)-Й в них происходят сдвиг после,2довательнастей Б и Б (аналогичнаМизвестному) и выдача на первый и второй управляющие входы счетчика 7 навых значений Б и Б, а на тактец Вф) =с(1+1) - 1 - запись новых векторов г Б и Б (при состояний управляю( Иипх входов счетчика 7 изменяются с Би Б,.,на Б, и Б,; где М совпадают или отличаются в зависимости ат программы), Управление режимом регистров 11 и 12 осуществляет суммирующий счетчик 3, который при достижении с стояния переполнения, равкага С, выдает на время одного такта уровень "0" на входы управления регистров 11 и 12.Счетчик 14 работает в режиме сохранения состояния или в режиме сложения (управления мультиплексором 15) при уровне на его управляющем входе соответственно "1" или "0", причем уровень "0" появляется на тактах,2когда Б Ч Б =0 (режим уста ковки счетй "1чика 7), чта обеспечивается элементом ИЛИ 13, При увеличении тока на выходе счетчика 14 с нуля по максимальное значение (-1) мультиплексор 15 поочередно подключает к входу установки счетчика 7 выходы регистров узла 18 с регистра 16 па регистр 17, организуя на входе устанав-з ки счетчика 7 последовательность Б, чта обеспечивается соответствующими подключением (например, по порядку) входов установки и выходов регистров 16-17 соответственно к выходам блока 10 и информационным входам мультиплексора 15 (Фиг. 1), Мультиплексор 15 представляет собой мультиплексор я и-разрядных шин в одну.В соответствии с заданными на данном участке аппроксимации паследаълвательностями Бм и Б счетчик 14, та сохраняет предыдущее состояние, та осуществляет сложение импульсов на входе синхронизации, начиная с этого состояния. Тем самым на входе установки счетчика 7 в течение участка организуется последовательность кодов Пщ, однозначно определенная последовательностям". Б, Б-зи Бм (фиг, 7). Длина последовательности Б определяется из требуемогоэкласса сплайнав, в предельном случае=С, на практике 8(С (Фиг, 7), использование описанного Функционирования счетчика 14 позволяет умень 1236451шить требуемый объем аппаратуры.При переходе на новый участок аппроксимации па импульсу с выходасчетчика 3 сбрасывается счетчик 14и происходит подключение выхода регистра 16 к входу установки счетчика 7, т.е. всегда выполняетсяТаким образом, на каждом участке 1 Оаппроксимациипредлагаемьй ЦГФ воспроизводит сплайн Б, (фиг. 4, Баналоговая функция на выходе 23,7(С) - цифровая на выходе 22), определенный последовательностями Бд(И= 5- 5( 5)из них принадлежит набору последовательностей, хранящемуся в виде векторов соответственно в блоках 5, 9и 10 памяти, вызывается +о номеру 202 5(соответственно И и И,) и в конце участка хзаписывается в соответствующий регистр (Б - в узел регистров). Сплайн может иметь произвольный вид, поскольку возможно получение на каждом такте приращения,произвольного по знаку и модулю(фиг. 7),На тактах 1=с(+1)-1 в концеучастка д происходит переход устрой- ЗОства на следующим участок аппроксимации.По импульсу с выхода элементаИЗБ 20 в регистры 11 и 12 записываются соответственно векторы ( Б , . .Ии СБ, причем управление рек м=;+1 фжимом регистров 11 и 12 осуществляет счетчик 3. Затем по положительному фронту на выходе счетчика 3 происходит сброс счетчика 14, запись К;, 4 О-, зфв регистр 19, запись вектора (Бнв регистры узла 18 и увеличение наединицу кода на выходе счетчика 14,что вызывает переадресацию блоков 6и 5, 9, 10 памяти. Затем начинаетсяновый участок аппроксимации и т.д.1На участке аппроксимации х счет- ачик 4 находится в состоянии 1+1,что обеспечено в режиме настройки подачей одиночного импульса с генерато-"ра 21. В течение участкав блоках 6и 5, 9, 10 протекают переходные процессы по вызову параметров следующего1+1-го участка, заканчивающиеся к концу 1-го участка. Для этого необходимо выполнение условияь +7 +. +7сьевЪ6 5 где 1 - допустимое вреМя тактав предлагаемом устройстве;задержка в блоке с номерам Й согласно фиг, 1.Таким образом, на предлагаемом ЦГФ используют принципы упреждения (на 1-и участке счетчик 4 находится в состоянии 1+1), структуризации данных (выдача блоками 5,9 и 10 памяти параметров сплайна в ниде векторов) и конвейеризации (в один момент времени происходят выборка параметров следующего участка, хранение и выдача параметров приращения выходного кода ЦГФ для 3+1-га такта, обработка в реверсивном счетчике параметров при- . ращений 1-га такта),Дпя обеспечения заданного функционирования ЦГФ выполняются условия на каждом такте, частота тактовых импуль. сов не превышает допустимую для каждого блока, срабатывающего на каждом такте, следующий импульс на вход синхронизации счетчика 7 поступает после смены состояний управляющих входов и входа установки, вызванной предыдущим тактовым импульсом установка 0 на управляющем входе счетчи-. ка 4 в результате прихода импульса на входы синхронизации регистров 11 и 12 происходит раньше рихада следующего импульса синхронизации, при переходе на следующий участок д+1; уровень 0 формируется на входах управления регистров 11 и 12 к моменту поступления на их входы синхронизации с(+1)-1-га импульса, а после него снимается, новый кад коэффициента деления К,. устанавливается на управляющем входе делителя 2 да прихода следующего импульса с выхода генератора 1, герехадныи процесс в мультиплексоре 15 вызванный сбросом счетчика 14 и записью нового кода в регистр 16, заканчивается к приходу импульса на вход синхронизации счетчика 7, параметры +2-га участка поступают на входы установки регистров 11, 12 и 19 и регистров узла 18 да прихода следующего импульса с выхода счетчика 3.На фиг. 4 показан пример воспроизводимой зависимости, састаящей.из сплайнов, получаемых при использовании на участке последовательностей Б и Б, таких, чта в одной из них все единицы; на фиг, 5 - пример1236451 гв3 е 5 д 7 в У 01 гзп 6678 вйгггЛ 2 ог 5 Зф: Г 1 ф ООООООООООО 1 ф 1 Ю ГОО 11 Ю ООГ з ю ю к чю еоиоооок ю ю фооокф т юч ю оооооа д ю юю з ь юю егюггггог 1 гтгтллгтвгтгтгвтио 10 15192927 г 480Фиг. 7Составитель С. Курош едактор Н.Гунько Техред И.ПоповичКорректор М.Шар акаэ 3090/50 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,