Генератор сигналов сложной формы

Генератор сигналов сложной формы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности прецизионной расстройки частоты сигналов. Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом деления, коммутационное устройство 3, шифратор , триггер 5, одновибратор 6, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, фильтр 8 низкой частоты, генератор 9 управляемый напряжением (ГУН), элемент 10 задержки, счетчик 11, блок 12 памяти (ПЗУ), регистр 13 цифроаналоговый преобразователь 1, усилитель 15. Поставленная цель достигается за счет введения цифратора М, делителя 2 частоты с переменным коэффициентом деления, триггера 5, одновибратора Ь, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 фильтра 8 низкой частоты, генератора 9 управляемого напряжением , элемента 10 задержки. 2 ил. 9 IB

СОЮЗ C68ETGHHX

PECflVSËÈН

5838 А 1,.SU„„,(щ С 06 F 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПРИ ГКНТ COCP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! (21) 4762028/24 (22) 24.11.89 (46) 23.05.92. Fen, ll 19 (71) Московский институт электронной техники (72) lO.Â. Савченко, С.И. Копытин, А.С. Глущенко, В.Н, Ануфриев и В.A. Маркин (53) 681 3 (088.8) (54) ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ СЛОЖНОЙ

ФОРМЫ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике.

Цель изобретения - расширение клас.са решаемых задач за счет возможности прецизионной расстройки частоты сигналов. Генератор содержит гене2 ратор 1 тактовых импульсов, делитель

2 частоты с переменным коэффициентом деления, коммутационное устройство 3, шифратор 4, триггер 5, одновибратор б, элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ

7,. фильтр 8 низкой частоты, генератор 9 управляемый напряжением (ГУН), элемент )О задержки, счетчик 11, блок 12 памяти (ПЗУ), регистр 13, . цифроаналоговый преобразователь 14, усилитель 15. Поставленная цель достигается за счет введения цифратора

4, делителя 2 частоты .с переменным коэффициентом деления, триггера 5, одновибратора Ь, элемента ИСКЛОЧАЮ-ЩЕЕ ИЛИ 7, фильтра 8 низкой частоты, генератора 9 управляемого напряжением, элемента 10 задержки. 2 ил..

17

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может найти применение в системах контроля электро" и радиоэлектронного оборудования.

Известен генератор сигналов (авт.св.

СССР Y 1405040, кл . С 06 Р 1/02), содержащий регистр, четыре счетчика, генератор тактовых импульсов, генератор белого шума, триггер, два блока памяти, два коммутатора, цифроаналоговый преобразователь, элемент ИЛИ, три элемента И.

Известен также генератор кусочнолинейных функций (авт.св. СССР

Р 1425629, кл. G 06 F 1/02), содержащий счетчик, блок памяти, управляемый инвертор, сумматор, регистр, цифроаналоговый преобразователь, управляемый делитель частоты, генератор тактовых импульсов.

Недостатком известных генераторов является ограниченность области применения иэ-эа, отсутствия у них возможности прецизионной (цифровой) расстройки частоты в пределах нескольких процентов относительно заданной, что необходимо при настройке, конт- роле и калибровке ряда приборов, Известен цифровой генератор периодических сигналов (авт,св, М 1191904, кл. С 06 F 1/02), содержащий генератор импульсов, делитель частоты с входом предварительной установки переменного коэффициента деления, счетчик, схему сравнения, регистр кода, блок памяти, блок формирования адресов, преобразователь коданалог.

Однако этот генератор не имеет возможности цифровой расстройки частоты и кроме того имеет большие:, аппаратурные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является генератор сигналов сложной Формы (авт.св.

Р 1280597, кл. G 06 F 1/02), содер- . жащий генератор тактовых импульсов,: первый счетчик, постоянное запоминающее устройство, регистр, цифроаналоговый преобразователь, информационный вход которого соединен с выходом регистра, второй делитель частоты, (n-1) счетчиков, коммута-. тор, накапливающий сумматор, блок управления, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к вхо358 8 4 дам тактовых иМпульсов первого и второго делителей частоты и входу синхронизации блока управления, счетные входы счетчиков подключены

° к соответствующим выходам первого делителя частоты, информационные выходы счетчиков подключены к соответствующим информационным входам

10 коммутатора, информационный выход накапливающего сумматора подключен к информационному входу регистра, первая группа информационных входов накапливающего сумматора подключена к группе выходов установки постоянной составляющей сигнала блока управления, выход синхронизации постоянной составляющей сигнала которого подключен к синхровходу записи пос20 тоянной составляющей сигнала накапливающего сумматора, кроме того, сумматор и умножитель, причем выход коммутатора подключен к первому информационному входу сумматора, втод рОи инфОрмэционный ВхОд кОтОрОго подключен к выходу начального фазового сдвига гармонической состав-; ляющей блока управления, информаци-, онный выход сумматора подключен к

l адресному входу. постоянного з апоми-, нающего устройства, выход которого подключен к первому информационному входу умножителя, второй информационный вход которого подключен к выходу амплитудного значения гармони35 ческой составляющей блока управления выход умножителя подключен к Втооому, информационному входу накапливающего сумматора, вход синхроимпульса и накопления которого подключен к вы"

40 ходу синхронизации накопления блока управления, знаковый вход накаплива ющего сумматора подключен к выходу старшего разряда сумматора, выход сигнала окончания цикла блока управ4Ъ, ления подключен к входу синхронизации регистра, управляющий вход ком- мутатора и вход управления выборкой блока управления подключен к выходу второго делителя частоты, выходы

Ю переполнения счетчиков подключены к группе входов управления номером,. сигнала последовательности блока управления, выход сброса которого подключен к- входам сброса счетчи Я ков, входы начальной установки первого и второго делителей частоты подключены к выходу:-начальной установки блока управления, вход призна173583

15 ка конца цикла которого подключен к выходу сигнала конца цикла второ" го делителя частоты.

Недостатком известного генератора сигналов сложной формы является ограничитель области применения из-за отсутствия у него возможности прецизионной {цифровой) расстройки частоты с высокой точностью, что не" обходимо для проверки некоторых ви" дов приборов, в частности селективных вольтметров, Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет осуществления возможности прецизионной (цифровой) расстройки частоты сигналов сложной формы.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее гене- 20 ратор тактовых импульсов, счетчик, блок памяти (например, ПЗУ), регистр, выход которогб является выходом генератора сигналов сложной формы, введены коммутационное устройство, шиф- д ратор, делитель. частоты с переменным коэффициентом делещия, -причем вход шифратора соединен .с выходом коммутационного устройства, на вход которого поступает нулевой потенциал, а выход шифратора связан с информационным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, триггер, одновибратор, элемент .ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем выход дели. теля частоты с переменным коэффициентом деления соединен с тактовым входом триггера и с входом одно вибратора, выход которого соединен с входом записи делителя с переменным коэффициентом деления, Фильтр

НЧ, генератор, управляемый напряжением, причем первый вход элемента

ИСКЛОЧДОЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом триггера, второй вход с контрольным выходом регистра, а выход с входом фильтра НЧ, выход которого соединен с входом генератора, управляемого напряжением, информационный вход бло- ® ка памяти соединен с выходом счетчика, выход импульса конечного адре" са блока памяти соединен с входом установки нуля счетчика, счетный вход которого соединен с выходом SS генератора, управляемого напряжением элемент, задержки, вход которого соединен с выходом генератора, управляе- 4 емого напряжением, а выход с входом записи регистра, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока памяти.:

Предлагаемое устройство позволяет осуществить прецизионную (цифровую) расстройку частоты с точностью (+0,1 ), определяемой коэффициентом деления частоты на делителе с переменным коэффициентом деления. Это обусловлено тем, что высокая частота, соответствующая частоте временной дискретизации формируемого сигнала, поступает на счетчик не с генератора тактовых импульсов, а с генератора, управляемого напряжением, Величина расстройки задается установкой соответствующего коэффициента деления на счетчике с переменным коэффициентом деления. Схема автоподстройки частоты, включающая элемент ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Фильтр НЧ, генератор, управляемый напряжением, производит сравнение контрольной частоты, "защитой" в ПЗУ и соответствующей номинальной, с частотой делителя с переменным,".оэффициентом деления и в случае введения расстройки вызы" вает изменение частоты генератора, упра вляемого напряжением (ГУН).

Непосредственная связь выхода делителя с переменным коэффициентом деления с тактовым входом счетчика нежелательна по следующим причинам.

Для получения расстройки частоты

0,1i необходим коэффициент деления

1001. В таком случае при частоте опроса ПЗУ, равной 1 ИГц (определяется из условий допустимой, погрешнос-. ти ступенчатой аппроксимации), потребовалась бы частота тактового генератора . ГГц. Создание такого генератора, а также счетчика, работающего на этой частоте затруднительно.

Применение же автоподстройки по низ" кой частоте (400-1000 Гц) позволяет использовать любую существующую элементную базу.

Триггер, подключенный к выходу делителя частоты с переменным коэфФициентом деления, необходим для,формирования последовательности импульсов со скважностью 1/2, а одновибратор Формирует импульс записи кода коэффициента деления. Вход его соединен с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а . выход с входом записи. Коммутацион1735838 ное устройство и шифратор служит для формирования и установки кода коэффициента деления. Элемент задержки, вход которого подключен к выходу ГУН, а выход к входу записи регистра, служит для задержки импульса записи.

Именно совокупность перечисленных элементов и связей между ними совместно с известными элементами и связями позволяет получить требуемый эффект цифрового Формирования периодических сигналов сложной Формы с цифровой расстройкой частоты требуемой точности.

В данном решении известное устройство цифрового формирования (ступенчатая аппроксимация) сигналов сложной формы (авт.св. Р 1280597) используется совместно с устройством автоподстройки частоты с заведенной на его вход обратной связью (например, микросхема 174ХА12), а также совместное с устройством формирования задающих частот, в котором необходимая частота формируется на делителе с переменным коэффициентом деления в зависимости от коэффициента, соответствующего коду двоичного числа,, формируемого коммутационным устройством и шифратором.

Только их взаимосвязь обуславливает получение требуемого положительного эффекта - расширения класса решаемых задач генератора сигналов сложной Формы за счет дополнительной возможности прецизионной расстройки заданной частоты сигнала. При этом необходимая величина расстройки в процентах выбирается и устанавливает- ся с помощью коммутационного устройства и шифратора и благодаря введе. нию делителя частоты с переменным коэффициентом деления и устройства автоподстройки частоты происходит

Формирование последовательности им- пульсов необходимой частоты с выхода

ГУН. Точная величина расстройки ус- . танавливается вследствие оЬратной связи и не зависит от частоты, на которую настроен ГУН, и, следователь" но, от выходной номинальной частоты сигналов сложной формы.

Таким образом, .только совместное использование указанных признаков позволяет осуществлять расширенив области применения генератора сигна" лов сложной формы за счет введения цифровой расстройки частоты.

На Фи г . 1 и зобр а жена ст руктурна я схема генератора сигналов сложной

Формы; на Фиг.2 - структурная схема делителя частоты с flepBHeHHblM коэфФициентом деления.

Предлагаемый генератор сигналов сложной формы содержит генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом деления, коммутационное устройство 3, шифратор 4, триггер 5, одновибратор

6, причем вход шифратора 4 соединен с выходом коммутационного устройства

3, на вход которого подается нулевой потенциал, а выход коммутационного устройства соединен с информационным входом делителя 2 частоты с переменным коэффициентом деления, счет20 ный вход которого соединен с выходом генератора 1 тактовых импульсов, вход записи - с выходом одновибратора 6, а выход - c входом триггера 5 и с входом одновибратора 6, элемент

>> ИЧКЛОЧМОЩЕЕ ИЛИ 7, Фильтр НЧ 8, генератор, управляемый напряжением (ГУН) 9, элемент 10 задержки, счет" чик 11, блок 12 памяти (ПЗУ), вход которого соединен с выходом счетчика

11, регистр 13, информационный вход которого соединен с информационным выходом ПЗУ 12, цифроаналоговый преобразователь 14, вход записи регистра 13 соединен с выходом элемента 10 задержки, информационный выход сое35 динен с информационным входом цифроаналогового преобразователя 14, а контрольный выход регистра - с вто" рым входом элемента ИСКЛЮЧА!ОЩЕЕ ИЛИ

7, первый вход которого соединен с

40 выходом триггера 5, а выход - с входом фильтра НЧ 8, выход ГУН 9 соединен с входом элемента 10 задержки и с счетным входом счетчика 11, вход " с выходом Фильтра НЧ 8, кроме того вы4% ход импульса конечного адреса ПЗУ 12 соединен с выходом установки нуля счетчика 11, выход цифроаналогового преобразователя является выходом генератора сигналов сложной формы

И в аналоговом виде, выход регистра

13 может служить выходом генератора сигналов сложной формы в цифровом виде,.

Устройство работает следующим у образом.

На шифраторе 4 Формируется двоично-десятичный код коэффициента деления, выбираемый с помощью коммутационного устройства 3 и поступает

10 частоты сигнала. Считываемые коды амплитуд сигналов перезаписываются в регистр 13 по задержанному на элементе 10 задержки импульсу записи..

Это позволяет избавиться от "гонки" фронтов. Цифроаналоговый преобразователь 14 преобразует цифровую информацию в аналоговый сигнал.

Контрольная частота через регистр 13 (для повышения стабильности) поступает на второй вход элемента NCKJIOЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7. При изменении коэффициента деления на делителе 2 частоты с переменным коэффициентом деления изменяется частота на выходе триггера 6 и следовательно на первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7.

На элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7 происходит умножение двух частот, в результате на выходе элемента формируется последовательность импульсов суммарной частоты, модулированная разностной частотой. ФНЧ 9 подавляет суммарную частоту и вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное разности частот .на первом и втором входах элемента ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7. В зависимости от этого напряжения изменяется частота с выхода ГУН 9 и, следовательно, частота опроса ПЗУ 1?. Процесс устанавливается при уравнении частот. Таким образом производится расстройка номинальной частоты сигнала на определенную величину, заданную в процентах (с. дискретностью 0,14).

В качестве счетчиков в делителе

2 частоты с переменным коэффициентом деления можно использовать мик" росхемы 533ИЕ6. В качестве фильтра .

НЧЯ можно использовать фильтр Бабберворта. Функцию элемента 10 задержки могут выполнить четыре последовательно включенных инвертора (133ЛН1). В качестве ПЗУ 12 - 556PT7 (параллельно две штуки для обеспе" . чения необходимой разрядности и высокой точности), ЦАП 14 - 594ПА1 (с возможностью двухполярного включения), коммутационное устройство

3 - это, например, многопозиционный переключатель или ряд клавиш.

Остальные элементы хорошо известны из технической литературы и широко применяемы. Точность расстройки частоты можно повысить и до 0,01ь.

Для этого необходимо лишь повысить в десять раз частоту генератора 1 тактовых импульсов и коэффициент

9 1735838 на информационный вход делителя частоты с переменным коэффициентом деле ния 2, собранный на реверсивных двоично-десятичных счетчиках (фиг.2).

Тактовые импульсы, поступающие на вычитающий вход с выхода генератора

1, уменьшают кодовую комбинацию, храняющуюся в счетчиках делителя частоты и при появлении кодовой комбинации "0 -, появляется импульс с выхода заема последнего счетчика 18 (фиг.2).

На одновибраторе 6 формируется импульс записи и, поступая на вход записи счетчиков 16,17 и 18, записывает кодовую комбинацию, установлен-ную на их информационных входах.

Таким сбразом достигается, деление частоты на нужный коэффициент деления. 20

На триггере 5, включенном в счетном режиме, происходит Формирование меандра со скважностью 1/2.

ГУН 9 Формирует частоту опроса бло ка 12 памяти, в качестве которого может AcFlîëüçoâàòücÿ ПЗУ; Адреса . Формируются на счетчике 11, В ячейке

ПЗУ, соответствующей последнему адресу периода, хранится импульс, который, поступая на вход установки нуля счетчика 11, обнуляет его, и тем самым вновь начинается цикл опроса

° ПЗУ 12. Для представления сигнала используется двенадцать разрядов ПЗУ

12, что обеспечивает погрешность воспроизведения амплитуды сигнала 35 ,0,0250. Сигнал,.записанный в ПЗУ 12 соответствует формуле и ". 2.Ц;е"" Ц Ч e1 г, =1 где U - постоянная составляющая оВ для 1-го сигнала последовательности;

U - амплитудное значение i-й е гармонической составляющей 45 для 1-ro сигйала;

Q - -частота самой низкой гармонической составляющей выходного сигнала;

Ч *

° -- начальный фазовый сдвиг И

I*

1-й гармонической составля-, ющей для 1-ro сигнала; .

К - амплитудный коэффициент.

Требуемый коэффициент усиления К . Формируется на усилителе 15. 1 3-й Я разряд ПЗУ 12 используется для хране-, ния импульса последнего адреса, on",! ределяя период сигнал а, а 14-й разряд

ПЗУ 12 - для хранения контрольной

173

11 деления делителя Z частоты с переменным коэффйциентом деления.

Предлагаемое устройство позволяет расширить область применения генератора сигналов сложной формы за счет того, что появляется отсутствующая у прототипа воэможность осу. ществлять прецизионную расстройку частоты сигнала ° Необходимость в этом возникает при настройке и поверке различных приборов и измерительных систем, например селективных вольтметров, радиолокационной аппаратуры, супергетеродинных приемников. Ранее применявшиеся аналоговые методы расстройки частоты не обеспечивают температурной и временной стабильности, для контроля частоты необходим цифровой частото" мер. Изобретение позволяет исключить электронный частотомер из схем рабочего места настройщика..

Предлагаемый генератор может также применяться для настройки и поверки цифровых частотомеров, так как,обеспечивает точное воспроизведение. частоты сигналов различной формы: синусоидальные, прямоугольный меандр, пила и т.д. Как правило, для проверки и аттестации электрон- ного и радиоэлектронного оборудова- . ния .требуется формирование заранее определенного набора сигналов различной Формы. Имея набор ПЗУ с такими сигналами и оперативно меняя их в генераторе установкой в специальные розетки, можно значительно сократить время проверки и аттестации контролируемого оборудования по срав.. нению с временем, затрачиваемым при применении известного генератора, перенастройка которого требует значительных затрат времени.

Предлагаемый генератор по сравнению с известным позволяет сократить аппаратурные затраты в 3-3,5 ра за соответственно, повышается надежность генератора. Также предлагаемый генератор проще в обращении.

5й38 . 12

Формула изобретения

Генератор сигналов сложной формыь содержащий генератор тактовых импульсов, счетчик, блок памяти, регистр, причем выход регистра подключен к выходу генератора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет возможности прецизионной расстройки частоты сигналов, в него введены шифратор, триггер, одновибратор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фильтр низкой частоты, генератор, управляемый напряжением, элемент задержки, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, причем вход управления частотой генератора

Z0,ï0äêëþ÷åH к входу шифратора, выход которого подключен к информационному входу делителя частоты с пере.- менныж коэффициентом деления, выход . которого подключен к входам триггера и одновибратора, выход триггера подключен к первому входу элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого под" ключен к входу Фильтра низкой частоты, выход которого подключен к вхо ду запуска генератора, управляемого напряжением, выход которого подключен к входу элемента задержки и счетному входу счетчика, выход которого подключен к адресному входу блока памяти, информационный выход ко35 торого подключен к информационному входу регистра, вход записи которого подключен к выходу элемента задержки, выход разряда последней ячейки блока памяти подключен к вхо4© ду сброса счетчика, выход контрольного разряда регистра подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, выходы одновибратора и генератора тактовых импульсов подключены

45 к информационному и управляющему . входам . делителя частоты с переменl ным коэффициентом деления соответственно.

Составитель С. Копытин техред Л. Олийнык

Редактор И. Янкович Корректор M. Самборская е ее еМ е ев М ° В ФВ ФЕ Ю ю

Заказ 1816 Тираж Подписное

3356651 Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, 3-35,.Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101