Цифровой генератор синуса

 

ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР СИНУСА, содержащий генератор тактовых импульсов , ВЫХОД которого соединен с управляющими входами первого и второго элементов задержки, выход первого элемента задержки подключен к информационному ВХОДУ второго элемента задержки и к входу блока умножения. ВЫХОД которого соединен с прямым ВХОДОМ сумматора, инверсный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, о т л и ч г ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности, В него введены коммутатор , дешифратор и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход через дешифратор соединен с управлякмцим ВХОДОМ коммутатора, первый информационный ВХОД которого подключен к выходу сумматора, связанному с выходом ЦИФРОВОГО генератора синуса, первый и второй ВХОДЫ которого соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами коммутатора, g ВЫХОД которого подключен к информаци (Л онному ВХОДУ первого элемента задержки .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11), 3(51) G 06 F 15/31, 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3372245/18-24 (,22) 28.12.81 (46) 15.05.84. Бюл. Р 18 (72) Б.И.Яворский и И.С.Гудз (53) 681.325(088.8) (56) 1. Голд Б., Райдер Ч. Цифровая обработка сигналов. М., "Советское радио", 1973, с.172-175 °

2. Авторское свидетельство СССР

М 575640, кл. G 06 F 1/02, 1976 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР СИНУСА, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго элементов задержки, выход первого элемента задержки подключен к информационному входу второго элемента задержки и к входу блока умножения, выход которого соединен с прямым входом сумматора, инверсный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, о т л и ч г юшийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены коммутатор, дешифратор и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход через дешифратор соединен с управляющим входом коммутатора, первый информационный вход которого подключен к выходу сумматора, связанному с выходом цифрового генератора синуса, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами коммутатора, Я выход которого подключен к информационному входу первого элемента задержки.

1092: 16

Изобретение относится к вычислигепьной технике и может быть использовано при построении генераторов сину соидаль ных коле ба ний.

Известны генераторы синусоидапь;»ых колебаний, содержащие элементы 5 задержки, сумматоры, умножит ели (1 3.

Недостатком генераторов такого типа является наличие шумов, связанное с округлением Результатов вычислений и квантованием коэффициентов. Щ

Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровой генератор синуса, содержащий два элемента задержки, блок умножения, сумматор, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам элементов задержки, выход первого элемента задержки подключен к входу второго элемента задержки и входу блока умножения, выход блока умножения подключен к прямому, а выход второго элемента задержки — к инверсному входу сумматора (23.

Данный генеРатоР обладает шумами, что снижает его точность. После некоторого времени работы генератора генерируемое синусоидальное колебание становится шумовым.

Цель изобретения — повышение точности функционирования устройства путем устранения накопления шумов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержа»»:ее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими вхо-З5 дами первого и второго элементов задержки, выход первого элемента задержки подключен к информационному входу второго элемента задержки и к входу блока умножения, выход которо- 40 го соединен с прямым входом сумматора, инверсный вход которого подключен к выходу второго элемента задер>кки, введены коммутатор, дешифратор и счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход через дешифратор соединен с управляющим входом коммутатора, первый информационный вход котор эго подключен к выходу сумматора, связанному с выходом цифрового генератора синуса, первый и второй входы к эторого соединены соответственно со вторым и третьим информационными входами коммутатора, выход которого подключен к информационному входу первого элемента задержки.

На чертеже представлена схема цифрового генератора синуса.

Цифровой генератор синуса содержит первый и второй элементы задержки 1 60 и 2, сумматор 3, блок умножения 4, выход 5, генератор тактовых импуль— сов 6, счетчик 7, дешифратор 8, комм) татор 9, первый 10 и второй 11 входы цифрового генератора синуса. 65

Принцип работы устройства основан на алгоритме решения линейного раэностного уравнения

U(m) =2@0(m-1)- 0(m-2), (1 ) сигнал на выходе сумматора 3; сигнал на выходе элемента задержки 1; сигнал на выходе элемента задержки 2; текущий номер такта; коэффициент, определяющий частоту генерации устройства. с» = cos 2»< k(F где ." — частота генерации устрой— ства; — частота генератора тактовых импульсов б.

Сигнал на выходе сумматора 3 совпадает с синусоидальным при началь— ных условиях (1(0) =L)c Á 6

0(1) = О)> з»п(8,+8) и имеет вид (-)(и)) = 0 5)" (р>9+6 ), () где U»> — амплитуда коле баний;

Во — начальная фаза колебаний;

Π— arccosa шаг дискретизации сигнала.

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 6 тактовые импульсы инициируют счет счетчика 7, выходные коды которого через дешифратор 8 управляют коммутатором 9.

3 соо" âåòñòâèè с определенными состояниями счетчика 7 на вход элемента задержки 1 поступают выходной сигнал с выхода сумматора 3 или со-ответствующие начальные условия

U(0), U(1) со входов 10, 11. Поскольку состояния счетчика периодически повторяются, то начальные условия 0(0 ), L)(1) вводятся периодически, и сигнал на выходе 5 сколь угодно большое время будет синусоидальным.

Счетчик 7 находится в режиме циклического счета, т.е. при )»-разрядном счетчике любое его состояние из

2 возможных состояний повторяется и с периодом 2". Число отсчетов в периоде выходного сигнала равно F / f, и значение любого отсчета должно пери оди че с ки и ов торя т ь ся . Н апри мер, если 4/f =2 и, то каждому значению отсчета выходного сигнала соответствует определенное состояние счетчика 7. Начальные условия ()(О), ()(1 ) можно подавать на вход элемента за1092516 держки 1 при любых, следующих друг за другом, состояниях счетчика 7, например 1, ..., 11 и О, ..., 00;

О, ..., 00 и О, ...01. При других состояниях счетчика 7, не соответствующих выбранной паре последователь- 5 ных состояний, на вход элемента задержки 1 необходимо подавать сигнал (код t с выхода сумматора 3 для обеспечения рекурсивного алгоритма функционирования устройства. Дешифра- ) 0 тор 8 и коммутатор 9 осуществляют функцию распознавания состсяния счетчика 7 и подачу на нход элемента задержки 1 начальных условий 0(0), U(1 ) или выходного сигнала U(ZI с выхода сумматора 3. Если для ввода начальных условий выбрать, например, состояния счетчика 7 0,...,00 и

О, ..., 01, то состояние коммутатора 9 можно определить по таблице. управляющие входы коммутатора

Выход коммутатора

Выходы счетчика

30

U(0 ) 0,,0 О О

0,...,0 1 1

0,...,1 О О

8F

2и

40 где F частота генератора т актовых импульсов 6.

Шаг дискретизации сигнала 8 выбирается из условия & (с 1 для обеспечения требуемой точности.

45 В известных устройствах для уменьшения шумов применяют сложные схемы коррекции 13 или увеличивают коли,чество разрядов узлов генератора (.2.), причем во втором случае сигнал на

50 выходе устройства чере з некоторое время все равно станет шумовым.

Предлагаемый генератор длительное время может генерировать синусоидаль.ный сигнал за счет периодической самокоррекции. При экспериментальной проверке шумы от округлений нычислений не возрастали за время наблюдений при 8-ми разрядных узлах генератора.

1 1 1

4 у

ВНИИПИ Заказ 3256/33 .Тираж 699 Подписное

Фили ал ППП "Патен т ", г. Ужгород, ул . Проектная, 4

Элементы задержки 1 и 2 соединены последовательно, а управляющие входы подключены к выходу генератора тактовых импульсов б. Этим достигается задержка на один такт сигнала на выходе элемента задержки 1 относительно элемента задержки 2. Блок умножения 4 предназначен для умножения сигнала с выхода элемента задержки 1 на коэффициент 2 c(, Если в определенный момент времени сче тчи к 7 находится в сос гоянии

О, ..., 00 (см. таблицу ), то на выходе коммутатора 9 находятся начальные условия U(0 ) со входа 10. Фронтом очередного тактового импульса осуществляется запись начальных условий

U (О ) в элемент задержки 1 и изменение состояния счетчика 7. Новое сос- тояние счетчика 7 через дешифратор 8 определяет прохождение на выход коммутатора 9 начальных условий U(1 ) co входа 11. Фрон-.ом последующе го тактового импульса с выхода генератора б осуществляется з апись начальных условий 0(0 ) в элемент задержки 2, запись U(1 } в элемент задержки 1 и получает прирост счетчик 7. Сигнал с выхода элемента задержки 1 умножается блоком умножения на 2 а и поступает на прямой вход сумматора 3, на инверсный вход которого поступает сигнал с выхода элемента задержки 2.

На выходе сумматора 3 получаем сигнал

U(2 ) = 2 а ))(1) — 0(01.

Новое состояние счетчика 7 через дешифратср 8 разрешает прохож ение на выход коммутатора 9 сигнала с выхода сумматора 3, а фронтом третьего тактового импульса осуществляется изменение состояния выходов элементов задержки 1,2, состояния счетчика 7.

На выходе сумматора 3 сигнал соответствует разностному уравнению (1) до тех пор, пока счетчик 7 не установится в состояния, соответствующие йонторному вводу начальных условий.

Частота Е генерируемых колебаний определяется выражением