Программируемый цифровой генератор линейного напряжения

) ИЕ ИЗОБРЕТЕН ПИСАН К ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерацни по патентам и товарным знакам(71) Харьковский институт радиоэлектроникиимзкадМКЯнгеля(73) Харьковский институт радиозлектрониниимвкадМКЯнгеля; Аверьянова Лилия Александровна; Головенко Валерий Михайлович(4) ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быль использовано в измерительной, исследовательской аппаратуре. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, делители 2, 3, зпемент И - НЕ 4, делитель 5 с переменным коэффициентом деления, коммутатор 6, элементы И 9, 7, реверсивный счетчик 11, цифровые компараторы 12, 13, 14, цифроаналоговый преобразователь 15, регистры 16, 17, 18, 19. 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике, предназначено длл формироВания линейно изменлющегася нзпрлженил и может быть использовано о измерительной. исследовательской аппаратуре, о системах развертки и о аппаратуре электронного моделирования, возможна использование генератора о системах с микропроцессорным управлением и с мик- раЭВЮИзвестен генератор ступенчатого напряжения (ает. св, СССР г; 1401578, кл. Н 03 К 4/02, 1988), содержащий тактовую шину, кольцевой сдоигооый регистр, триггер, паеобразонзтель код-напряжение, первую и вторую группы клачей, коммутатор, с первой по третью Выходные шины, шину опорного напрлкения.Недостатком этого генератора лвллетсл невозможность регулирования длительности периода ераргиируемых сигналов, так как фиксированы тактовая частота и каличесгна разрядао сдоигооого регистра,Наиболее близким па технической сущности к изобретениа лнллется управляемый генератор ступенчато меняющегося напряжения 4 аот. сн. СССР К. 1437975, кл, Н 03 К 4 И 2, 1908). Зтат генератор содержит два генератора тактовых импульсов, блок упОаоленил, Гереклгачатель рада рабаты, коммутатор, реверсинный счетчик, доа цифровых компаратора, цифроаналоговый преобрззОозтель (ЦАП), знзлаГОоый каг 4 пз" ратор, источник опорного наполженил, иноертор, два огрзг 4 ичителл, Выход.первого генератора тактовых. импульсао подюиочен к охаду блока управления, его первый упранллгощий вход соединен с выходам пероого цифрового кампзрзтара, з отарой упрзоллгащий охад с ВыхОдам ВтороГО цифраоаго компарзтара, входы которого поразрядно соединены с выходами реверсивного счетчика, Входам первого цифрОвого кампаратарз и входами ЦАП, выход которо- ГО соединен с Выходной шиной, при этом первый и отарой входы коммутатора соединены с первым и вторым Вьходзми блока управления, третий вход - с выходом генератора тактовых импульсоо, первый и второе 4 выходы - с входами реверсивного счетчика импульсоо, а перный и второй управляющие входы - с соответствующими выходами переклочзтеля рада работы и выходами саотоетстоенна первого и второго ограничителей, вход первого ограничителл соединен с выходом инвертарз, нход второго ограничителя - с входом инвертора и оыходом аналогового коглпзратара с тремя оь 4 хадными состояниями, первый вход которого соединен с выходам ЦАП, а второй вход - с выходом регулируемого источника оп.орного напряжения.Недостатком устройства является невозможность регулировки частоты выходно го сигнала, так как тактированиереверсивного счетчика производится одной и той же частотой первого генератора тактовых импульсов через блок управления и коммутатор. Кроме того, не определена "0 начальная .очка формируемого сигнала, таккак при оклочении генератора выходы реверсивного счетчика могут находиться в любом состоянии.Целью изобретения является расшире ние функциональных возможностей генератора за счет введения регулируемой скорости нарастания (убывания) линейного напряжения, установки начального потенциала и направления счета, а также возмож. Ности формирования в однократномрекиме одного периода линейно изменяющегося напряжения либо его половины.Цель достигаетсл тем, что в устройство,содержащее генератор тактовых импульсов, 25 коммутатор, блок управления, ЦАП, выходкоторого является выходом генератора, а входы подключены к выходам реверсивного счетчика и перным входам первого и второго цифровых кампаратороо, при этом выход 30 первого цифрового компаратора соединен спервым входом блока управления, второй вход которого подключен к оыходу второго цифрового компаратора, введены делитель. частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), делитель частоты на три. делитель частоты на два, элемент И-НЕ, первь 4 й и второй элементы И, триггер, регистр скорости изменения линейного напряжения, регистр отрицательного реверса, 40 регистр положительного реверса, регистрначального потенциала, третий цифровой.компаратар, выход которого подключен к счетным входам делителей на два и на три, при этом первые входы третьего цифрового 45 кампаратора соединены с выходами реверсивного счетчика, вторые входы третьего цифрового компарзтара подключены к выходам реГистрз нзчалънаГО потенциала и информационным входам реверсивного 50 счетчика, управляющий вход которого. соединен с первом входам триггера, с входом "Пуск" и управляющим входом ДПКД, счетный оход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, 55 информацианнеые входы ДПКД соединены соыхадами регистра скорости изменения линейного напрлженил, выход ДПКД подключен к пег,ному входу первого элемента И, второй Вход которого падклкчен к прямому выходу триггера, з выход первого элементаИ соединен с третьилг входогл блока управления, первый выход которого подключен к первому счетному входу реверсивного счетчика, второй выход блока упраоления соединен с вторым счетным входом реверсивного счетчика, четвертый вход блока управления соединен с входом "Направление счета", а пятый вход блока управления ггодключен к установочным входагл. делителей частоты на даа и на три, к входу "Сброс" и первому входу второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом триггера, а второй вход второго элемента И подключен к выходу элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с входом "Однократный", а второй вход подключен к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входом "Период/ 1/2 периода", первый и второй входы коммутатора подключены к выходам делителей частоты на два и на три соответственно,.счетные входы которых соединены с оыходом третьего цифрового компаратора, вторые входы оторого цифрового компаратора подключены к выходам регистра положительного реверса, а вторые входы первого цифрового компаратора соединены с выходами регистра отрицательного реверса. Блок управления может быть выполнен о вида триггера и двух элементов 2 И,Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: регистров скорости нарастания (убывания) линейного напряжения, начального потенциала, положительного и отрицательного реверсоа, третьего цйфрового компаратора, триггера, ДПКД, первого и второго элементов И, элемента И-НЕ, делителей частоты на два и на три,.Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".ЪСравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что регистры, цифровые компараторы, триггеры, делители, элементы И, И-НЕ, ДПКД широко изоестны (Применение интегральных микрг .кем в вычислительной технике. .Справочник. Р,В.Данилов, С.А.Ельцова, Ю.П.Иванов, - М.: Радио и связь, 1986, с, 384). Однако при их введении о указанной связи с остальными элементами устройства для регулирования скорости изменения линейного напряжения, для установки начального потенциала и направления счета, а также для работы о однократном режиме с формированиелг полного периода или его полонины цель достигается. Это позволяет сдела 1 ь вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отли.ция".На фиг. 1 изображена функциональнаясхема программируемого цифрового гене ратора линейного напряжения; на фиг, 2 -временные диаграммы его р:йоты; на фиг. 3 - схелга блока управления.Программируемый цифровой генераторлинейного напряжения содержит генератор 10 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты надва, делитель 3 частоты на три, элемент ИНЕ 4, ДП КД 5, коммутатор 6, второй элемент И 7, триггер 8, первый элемент И 9, блок 10 управления, реверсивный счетчик 11, тре. тий цифровой компаратор 12, второй цифровой компаратор 13, первый цифровой компаратор 14, ЦАП 15, регистр 16 скоро.сти нарастания линейного напряжения, регистр 17 начального потенциала, регистр 18 20 положительного реверса, регистр 19 отрицательногоо реверса.Выход генератора 1 тактовых импульсое соединен со счетным входом ДПКД 5, информационные входы которого подклю чены к выходам регистра 16 скорости нарастания линейного напряжения, выход соединен с первым входом первого элемента И 9, управляющий вход- с входом "Пуск", с управляющим входом реверсивного счет чика 11 и первым входом триггера 8. Прямойвыход триггера подключен к второму входу первого элемента И 9, выход которого сое- .динен с третьим входом блока 10 управления. Второй вход последнего подключен к 35 выходу второго цифрового компаратора 13,первый вход соединен с выходом первого цифрового компаратора 14, четвертый вход подключен в входу "Направление счета", а пятый вход соединен с первым входом вто рого элемента.И 7, с установочными входами делителей 2 и 3 и входом "сброс", Первый оыход блока 10 управления подключен к первому счетному входу реверсивного счетчика 11, второй выход - к второму счетному 45 входу реверсивного счетчика 11, выходы которого соединены с первыми входами первого 14, второго 13, третьего 12 цифровых гомпараторов и входами ЦАП 15, выход которого является выходом генератора, Вто рые входы первого цифрового компаратора14 подключены к выходам регистра 19 отрицательного реверса, вторые входы второго цифрового компаратора 13 соединены с выходами регистра 18 положительного ревер са, вторые входы третьего цифровогокомпаратора 12 подключены к выходам .-егистра 17 начального потенциала и информационным входам реверсивного счетчика 11. Выход третьего цифрового компаратора 12 соединен со счетными входами делите 200406830 35 40 ла с первого входа, а уровень логической "1" 55- прохождение сигнала с второго входа).Так, режиму "период" соответствует прохождение сигнала с .выхода делителя 3, а лей 2 и 3, выходы которых подключены к первому и второму входам коммутатора 6. Управляющий вход коммутатора соединен в входом "Период/ 1/2 периода", а выход подключен к второму входу элемента И-НЕ 4, первый вход которого соединен с входом "Однократный", а выход - с вторым входом второго элемента И 7, выход которого подключен к второму входу триггера 8. Программируемый цифровой генератор линейного напряжения работает следующим образом.Информационными входами генератора являются входы регистров 16-19.Перед началом работы на информационных входах регистров программным способом установлен соответствующий код, при этом для получения на выходе генератора нулевого уровня, т.е. когда Овых=О, а также Онач=О, в регистре 17 начального потенциала должен быть установлен код, старший разряд которого равен логической "1", а осе остальные равны нулю. В общем случае Оотр,реверса Онач., Опол.реверса могут принимать любые значения, но должно выполняться условие Остр.реверсаОнач - " " - Ч 3 пол.реверса.Управляющими входами генератора являются входы "Направление счета" (четвертый вход блока 10 управления), "Однократный (первый вход элемента И-НЕ 4), "Период/ 1/2 периода" (управляющий вход коммутатора 6), "Сброс" (установочные входы делителей 2, 3, первый вход второго элемента И 7 и пятый оход блока управления), "Пуск" (управляющие входы ДПКД 5 и . реверсивного счетчика 11, а также первый вход триггера 8), Логическая "1" на входе "Направление счета" в начальный момент времени соответствует нарастанию линейного напряжения, а уровень нуля на входе"Направление счета" в начальный момент времени соответствует убыванию линейного напряжения на выходе генератора. Низкий уровень на входе "Однократный" после сигнала "Пуск" разрешает работу генератора о непрерывном режиме, а уровень логической 1" позволяет формировать на выходе генератора один период сигнала либо его половину в зависимости от уровня сигнала на входе "Период/ 1/2 периода",который определяется типом коммутатора 6 (например, для микросхемы 555 КП 11 уровеньлогического "0 на управляющем входе обеспечивает прохождение на выход сигна режиму "1/2 периода" - прохождение сигнала с выхода делителя 2, На управляющих входах "Сброс" и "Пуск" перед началом работы должен присутствовать единичный уровень от кнопок либо программным способом.На вход "Сброс" подается сигнал низкого уровня, который устанавливает делитель 2 и 3 в нулевое состояние и подготавливает их для дальнейшей работы, а также через первый вход второго элемента И 7 и второй О вход триггера 8 устанавливает на прямомвыходе триггера низкий уровень, который через второй вход первого элемента И 9 запрещает прохождение частоты через его первый вход. Одновременно сигнал 5 "сброс", поступивший на пятый вход блока10 управления, устанавливает прямой выход триггера 20, входящего в блок управления, о то состояние, которое установлено на четвертом входе блока управления ("На правление счета" ), При этом уровень логической "1" на прямой выходе триггера 20 позволяет прохождение частоты с третьего охода блока 10 управления через первый вход элемента 2 И 21 на первый выход блока управления и соответственно на первый счетный вход реверсивного, счетчика 11. Если на прямом выходе триггера 20 установлен низкий уровень, а на инверсном выходе - высокий уровень, то сигналы с третьего входа блока 10 управления через первый вход элемента 2 И 22 могут поступить на второй выход блока управления, а соответстоенно и на второй счетный вход реверсивного счетчика 11.При поступлении на вход "Пуск" сигнала низкого уровня в ДПКД 5 заносится информация с оыхода регистра 16 скорости нарастания линейного напряжения, в ренерсивный счетчик 11 - информация с выхода регистра 17 начального потенциала, и на первых и вторых входах третьего цифрового компаратора 12 устанавливается одинаковый код, таким образом сформировав на его выходе первый сигнал, который поступает 5 на счетные входы делителей 2 и 3. Одновременно сигналом "Пуск" на прямом выходе триггера 8 через первый его вход будет сформирован высокий уровень, Таким образом, частота с выхода генератора 1 тактовых О импульсов, поступающая на счетный входДПКД 5 и разделенная ДПКД всоответствии с установленным кодом в регистре 16, через первый вход первого элемента И 9 поступает на третий оход блока 10 управления, где в зависимости от входа "Направление счета" поступает на первый либо второй выход блока управления.В первом случае, когда заданная частота поступает на первый выход блока 10 управления и на первый счетный входреверсивного счетчика 11, на выходах последнего и входах ЦАП 15 формируется возрастающий код, а на выходе ЦАП - линейно возрастающее напряжение с уровня Онуч, Так как Онач Опол,реверса(а соответственно 5 и их коды), то, когда код на выходах реверсивного счетчика 11 достигает значения, установленного на вторых входах второго цифрового компаратора, на его выходе формируется сигнал низкого уровня, который 10 через второй вход блока 10 управления переключает прохождение заданной частоты с третьего входа блока управления на его второй выход, а соответственно и на второй счетный вход реверсивного счетчика 11, на чав таким образом формировать убывающее линейное напряжение. Когда код на выходе реверсивного счетчика 11(и на первых входах третьего цифрового компаратора 12) достигает значения начального 20 потенциала на вторых входах третьего цифрового компаратора 12, на его выходе формируется второй сигнал, который с выхода делителя 2 поступает на первый вход коммутатора 6 и, если выбраны условия "1/2 25 периода" и "однократный", через второй вход элемента И-НЕ 4 и второй. вход второго элемента 2 И 7 на второй вход триггера 8 и устанавливает на его прямом выходе низКий уровень, чем запрещает прохождение час тоты от ДПКД 5 через первый вход первого элемента И 9, таким образом будет сформировано полпериода сигнала (фиг, 2 в). Если хотя бы одно из условий "1/2 периода" или "однократный" не выбрано, то прохождение 35 сигнала блокировано либо коммутатором 6, либо элементом И-НЕ 4 и работа продолжается, т.е. линейное напряжение на выходе генератора продолжает убывать. Когда код на выходе реверсивного счетчика 11 и на 40 первых входах первого цифрового компаратора 14 достигает значения отрицательного реверса, установленного на вторых входах первого цифрового компаратора 14, то на его выходе формируется сигнал низкого 45 уровня, который поступает на первый вход блока 10 управления и разрешает прохождение частоты с третьего входа блока управления на первый его выход, тем самым код на выходе реверсивного счетчика 11 начи нает возрастать, т.е. на выходе генератора начинается формирование возрастающего линейного напряжения. Когда возрастающий код на выходе реверсивного счетчика 11 и на первых входах третьего цифрового 55 компаратора 12 достигает значения кода, установленного на вторых входах цифрового компаратора 12 (т,е. кода начального потенциала), то на выходе компаратора 12 формируется третий сигнал, который с вь 1 хода делителя 3 поступает на второй вход коммутатора 6, и, если выбраны условия "однократный" и "период", то через второй вход элемента И-НЕ 4 и второй вход второго элемента И 7 этот сигнал поступает на второй вход триггера 8 и устанавливает на его выходе низкий уровень, запрещающий прохождение частоты с выхода ДПКД 5 через первый вход первого элемента 2 И 9, Таким образом, будет сформирован один период сигнала (фиг, 2 б, сплошная линия), Если режим "однократный" выбран не был, то сигнал с выхода коммутатора 6 блокирован элементом И-НЕ 4 и генератор продолжает формировать второй период линейно изменяющегося напряг ения, т.е. продолжается работа генератора в непрерывном режиме (фиг. 2 а, сплошная линия),Во. втором случае, когда направление счета противоположное, после сигнала "Пуск" заданная ДПКД 5 частота через первый вход элемента И 9 и третий вход блока 10 управления поступает на второй выход блока управления и начинается формирование убывающего линейного напряжения на выходе генератора, В этом случае первым формируется сигнал реверса первым цифровым компаратором 14, а затем вторым цифровым компаратаром 13, третий цифровой компаратор 12 работает как и в первом случае. Временные диаграммы на фиг, 2 а, б (пунктирная линия) и фиг. 2 г демонстрируют работу генератора, когда формирование периода начинается с убывающего напряжения,Изменение скорости нарастания (убывания) линейного напрялния производится за счет изменения частоты тактирования реверсного счетчика 11, которая устанавливается с помощью ДПКД 5, Изменение параметров формируемого сигнала производится программированием регистров 16-19,По. сравнению с известными техническими решениями предлагаемый программируемый генератор линейного напряжения позволяет изменять скорость нарастания (убывания)линейного напряжения в широких пределах, работает как в непрерывном, так и однократном режиме с формированием как целого периода, так и его половины, позволяет изменять направление формируемого сигнала, формировать линейно изменяющиеся сигналы с, определенного начального уровня, Он может быть подключен к микропроцессорным средствам управления либо к микроЭВМ для програм2004068 мирования его регистров и создания управляющих сигналов,формула изобретения5ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий генератор тактовых импульсов, коммутатор, блок управления, цифроаналоговый преобразователь выход 10 которого является выходом генератора, а входы подключены к выходам реверсивного счетчика и первым входам первого и второго цифровых компараторов, при этом выход первого цифрового компаратора со- "5 единен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу второго цифрового компаратора, отличающийся тем, что, с целью расцирения функциональных возможностей за счет возможности регулировки частоты выходного сигнала, в него дополнительно введены делитель частоты с переменным коэффициентом деления, делитель частоты 2 на два, делитель частоты на три, триггер, элемент И - НЕ, первый и второй элементы И, регистр скорости изменения линейного напряжения, регистр отрицательного реверса, регистр положительного реверса, 30 регистр начального потенциала, третий цифровой компаратор, выход которого подключен к счетным входам делителей частоты на два и на три, а первые входы тр етьего цифрового компаратора соединены 35 с выходами реверсивного счетчика, вторые входы третьего цифрового компаратора подключены к выходам регистра начального потенциала и информационным входам ревеРсивного счетчика, управляющий вход 40 которого соединен с первым входом триггера. с входом Пуск и управляющим входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, счетный вход ко(56) Авторское свидетельство СССРМ 1437975, кл. Н 03 К 4/02, 13.04.87. торого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а информационные входы делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединены с выходами регистра скорости. изменения линейного напряжения, а выход делителя частоты с переменным коэффициентом деления подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу триггера, а выход первого элемента И соединен с третьим входом блока управления, первый выход которого подключен к первому счетному входу реверсивного счетчика, второй выход блока управления соединен с вторым счетным входом реверсивного счетчика, четвертый вход блока управления соединен с входом Направление счета, а пятый вход блока управления подключен к установочным входам делителей частоты на два и на три, к входу Сброс и первому входу второго элемента И, выход которого соедйнен с вторым входом триггера, а второй вход второго элемента И подключен к выходу элемента И - НЕ, первый вход которого соединен с входом Однократный, а второй вход элемента И - НЕ подключен к выходу коммутатора, управляющий вход которого соединен с входом Период/1/2 периода, первый и второй входы коммутатора подключены к выходам делителей на два и на три соответственно, счетные входы которых соединены с выходом третьего цифрового. компаратора, вторые входы вто- рого цифрового .компаратора подключены к выходам регистра положительного реверса, а вторые, входы первого.цифрового компаратора соединены с выходами регистра отрицательного реверса.2004068 оставитель О,СклярТехред М.Моргентал Редактор Т.Юрчико орректаР М,Максимиш 1 нец Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035. Москва, Ж. Раушская наб 4/Ь аказ 3328 зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10