Устройство для синтеза периодических сигналов произвольной формы

 

Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 гармонических сигналов, сумматор 3, выход 4 устройства, счетчик 5 импульсов, выход 6 начальной фазы синтезированного сигнала, источник 7 управляющих кодов, источник 8 импульсов записи, управляемый источник 9 напряжения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 G 7/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

ЬЭ (гд

Ql (21) 4693164/21 (22) 02.03.89 (46) 07.05.92. Бюл. М 17 (75) А.Н,Ковбаса и В.B.Âàñèëüåâ (53) 621.374 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 235572, кл. G 06 G 7/26, 1968.

Авторское свидетельство СССР

М 875402, кл. G 06 G7/19,,1981, „„SU „„1732357А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНТЕЗА ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПРОИЗВОЛЬНОЙ

ФОРМЫ (57) Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 гармонических сигналов, сумматор 3, выход 4 устройства, счетчик 5 импульсов, выход 6 начальной фазы синтезированного сигнала, источник 7 управляющих кодов, источник 8 импульсов записи, управляемый источник 9 напряжения.

1 з,п,ф-лы, 2 ил.

1732357

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к генераторам сигналов, представляемых в виде суммы гармонических составляющих ряда Фурье.

Известен генератор функций, содержащий генератор прямоугольных импульсов, подключенный выходом к входам блоков формирования гармонических составляющих ряда Фурье, каждый из которых содержит последовательно соединенные резонансный усилитель, фазосдвигающую цепь и делитель напряжения. Выходы блоков формирования гармонических составляющих подключены к входам выходного сумматора, к одному из входов которого подключен также через частотно-компенсированный делитель генератор линейно-изменяющегося напряжения, связанный входом с выходом генератора прямоугольных импульсов.

Недостатком этого генератора является пониженная точность воспроизведения функций из-за наличия в их составе инерционных элементов, которые приводят к фазовым и амплитудным искажениям гармонических составляющих, а также отсутствие возможности изменения амплитуды, фазы и среднего значения синтезированного сигнала, Наиболее близким по технической сущности к прадлагаемому является устройство для генерирования функций, содержащее опорный генератор импульсов и сумматор, подключенный выходом к выходу устройства, а входами — к вых.:дам блоков формирования гармонических составляющих ряда

Фурье, каждый из которых содержит делитель частоты, подключенный входом к выходу опорного генератора импульсов, триггер, элементы И, НЕ и И-НЕ, преобразователи прямоугольного напряжения в треугольное и два синусных функциональных преобразователя, выходы которых соединены с входами сумматора, а входы подключень; соответственно к выходам первого и второго преобразователей прямоугольного напряжения в треугольное, вход первого из которых соединен с выходом -лемента И, а вход второго — с выходом тофиг; ;ра, входом первого элемента НЕ и с первым входом первого элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к выходу второго элемента

НЕ, а выходом — к первому входу элемента

И, соединенного вторым. входом с выходом второго элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу первого элемента

НЕ, а второй вход — к выходу делителя частоты, счетному входу триггера и к входу второго элемента НЕ.

Однако и это известное устройство обес- печивает генерирование сигнала сложной формы в соответствии с рядом Фурье

2ztk 2 <

f(x) =;, (Akcos x + Bksln x), k,=1 где f(x) — генерируемая функция; х — переменная величина, пропорциональная времени;

10 k — волновое число, равное количеству волн k-x косинусных или синусных колебаний напряжения или тока, являющихся спектральными составляющими ряда Фурье, укладывающихся К раз на интервале времени длинои А, К = 1,К;

А,  — амплитуды k x гармонических составляющих ряда Фурье, определяемые по формулам

2 2лк

Ак = -,ф(а)сов — -сЬ, 20 о

2 ЬЙ

В = - 1(сг)ып- — сЬ, о

k=1,2,3, ..., К;

А — длина волны синтезированного сигнала f(x). и не предназначено для синтеза сигнала, генерируемого в соответствии с выражением

30 2л1с

t(X — а) = А, + g (Akcos (X — а) + к=1

+ ks in (x — 3))

2W той же формы, что и сигнала f(x), смещенно35 го относительно нулевого уровня на величиА, =;ф(а — a)do, о

40 а по фазе — на величину а относительно сигнала f(x-а) а-о.

Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена регулировка амплитуд и фаз генерируемых в нем спектральных

45 составляющих ряда Фурье, что неизбежно приводит к снижению точности воспроизведения синтезируемой им функции с течением времени из-за влияния дестабилизирующих факторов на элементы устройства, например, 50 температуры. Не предусмотрена также в нем и регулировка амплитуды его выходного сигнала.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения регулировки фазового

55 сдвига, амплитуды и среднего значения его выходного сигнала при одновременном повышении точности, Указанная цель достигается тем, что в устройство для синтеза периодических сигналов произвольной формы, содержащее !

1732357 генератор тактовых импульсов, с первого по

L é формирователи гармонических сигналов, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен к выходу синтезированного сигнала устройства, введены счетчик импульсов, выход которого подключен к выходу начальной фазы синтезированного сигнала устройства, источник управляющих кодов, источник импульсов записи и управляемый источник напряжения, выход которого соединен с дополнительным входом сумматора, причем вход счетчика импульcos соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первыми входами с первого по L-й формирователей гармонических сигналов, вторые входы которых соединены с выходом счетчика импульсов, третьи входы — с выходом источника импульсов записи, четвертые и пятые входы — с первым и вторым выходами источника управляющих кодов. Каждый 1-й формирователь гармонического сигнала содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, блок постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь, управляемый фильтр и управляемый усилитель, а также первый, второй и третий регистры и дешифратор, вход которого является пятым входом формирователя гармонических сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены с первыми управляющими входами первого, второго и третьего регистров соответственно, вторые управляющие входы которых объединены и образуют третий вход формирователя гармонических сигналов, четвертый вход которого образует их объединенные информационные входы, при этом выходы первого, второго и третьего регистров соединены с информационными входами соответственно счетчика импульсов, управляемого усилителя и управляемого фильтра, причем счетный и управляющий входы счетчика импульсов являются соответственно первым и вторым входами формирователя гармонических сигналов, выходом которого явля" ется выход управляемого усилителя.

Ка фиг. 1 представлена структурная схема устройства для синтеза периодических сигналов произвольной формы; Н3 фиг, 2 — структурная схема l-го формирователя гармонических сигналов.

Устройство для синтеза периодических сигналов произвольной формы (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, формирователь 2 гармонических сигналов, сумматор 3, выход которого является выходом 4 синтезированного сигнала устройства, счетчик 5 импульсов, выход которого является выходом 6 начальной фазы синтезированного сигнала устройства, источ10

55 выходом управляемого источника 9 напряжения.

Формирователь 2 гармонических сигналов содержит L одинаковых по структурной схеме формирователей 2.I гармонического сигнала,! = 1,L, первым, вторым, четвертым и пятым входами которого являются соответственно объединенные первые, вторые, третьи, четвертые и пятые входы всех формирователей 2Л гармонического сигнала. а их выходы — его с первого по 1=й выходы, Формирователь 2.1 гармонического сигнала (фиг, 2) содержит последовательно соединенные счетчик 10 импульсов, блок 11 постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь 12, управляемый фильтр 13 и управляемый усилитель 14, а также первый, второй и третий регистры 15 — 17, дешифратор 18, причем его первым и вторым входами являются счетный и управляющий входы счетчика 10 импульсов соответственно, третьим входом — объединенные вторые управляющие входы регистров 15 — 17, четвертым входом — их объединенные информационные входы, пятым входом — вход дешифратора 18, а выходом — выход управляемого усилителя

14, при этом первый. второй и третий выходы дешифратора 18 соединены с первыми управляющими входами регистров 15-17 соответственно, выходы которых соединены с информационными входами соответственно счетчика 10 импульсов, управляемого усилителя 14 и управляемого. фильтра 13, - Устройство работает следующим образом.

При непрерывной работе счетчика 5 импульсов на его информационном входе (не показан) образуются сигналы N-разрядного кода х>, хг, .„, хи переменного параметра, вида

X =il. ) х Р

l — 1 где N — натуральное число, определяемое числом разрядов счетчика 5 импульсов; ник 7 управляющих кодов, источн::к 8 «1Мпульсов записи и управляемый источник 9 напряжения.

Выход генератора 1 импульсов соединен со счетным входом счетчика 5 импульсов и первым входом формирователя 2 гармонических сигналов, второй вход которого соединен с выходом счетчика 5 импульсов, третий вход — с выходом источника 8 импульсов записи, четвертый и пятый входы — с первым и вторым выходами источника 7 управляющих кодов соответственно, а его (. выходов, с первого по L-й, соединены с соответствующими входами сумматора 3, дополнительный вход которого соединен с

1732357 ла;

А — длина волны синтезируемого сигнах — значение i-го разряда кода х1, х2, ..., хм, присвоенное одному. числу из множества целых чисел от нуля до (P-1), i = 1;N;

P — основание системы счисления чисел, определяемое типом применяемых в устройстве счетчиков, а на управляющем выходе, подключенном к выходу 6 устройства, формируется периодическая последовательность прямоугольных импульсов с периодом А и длительностьностью, равной периоду т следования импульсов на выходе генератора 1, при этом

A =r PM.

Тактовые импульсы с выхода генератора 1, сопровождаемые импульсами с управляющего выхода счетчика 5, поступая на первый и второй входы формирователя 2 гармонических сигналов, преобразуются в нем в систему, размерностью L аналоговых непрерывных косинусных и синусных колебаний напряжения, отображаемых выражениями

Y2k(x — а) = Аксоз- -(х — а), 2л1<

Yzk — (х — а) = Вкз п — -(х — а), 2лК

k=1,2,3,..., К, где k — волновое число, равное количеству волн колебания Yak(x-а) или У2к-1(х-а) на интервале времени длиной А, максимальное значение которого равно числу К =- L/2, х — непрерывно изменяющийся параметр, связанный с кодом параметра Х соотношением

X = lim g x P

N-о i=1 а — смещение начальной фазы сигналов

Y2k(x-а), Y2k-<(x-à);

А, Вк — амплитуды синусоидальных колебаний Yak(x-а), Yak- (х-а) с одним и тем же волновым числом k. синусоидальных сигналов Yak(x-а), Yak-<(x-а), поступая на входы сумматора 3, преобразуются им в их сумму, к которой добавляется постоянный сигнал, поступающий с выхода источника 9 напряжения на дополнительный вход сум..гатора 3, что позволяет на выходе 4 устройства получить сигнал сложной формы, представляемый рядом Фурье

2лК

f(x — а) = А, + $ (Akcos (x — а) + к=1

+ Bksin (x — а)), 2л1<

25

35

40 щим образом

На информационные входы всех ре45 гистров 15 — 17 одновременно подаются в режиме разделения времени сигналы

"Данные" о длине волны синтезируемого сигнала f(x-а), о смещении его начальной фазы, об амплитуде формируемого в нем

5р синусоидального колебания напряжения

Yak(x-а) или Yak (х-а), а на входдешифратора

18 — сигналы "Адрес", старшими разрядами которых выбирается один из формирователей 2.l, а младшими — один из регистров 15, 16 или 17, По окончании переходных процессов выходными сигналами "Разрешение записи" дешифратора 18 подготавливается один из регистров 15, 16 или 17 к занесению в него информации, запоминание которой осуществляется при появлении сигнала "За5

15 где А — величина постоянного сигнала, подаваемого на дополнительный вход сумматора 3, среднее значение которого

1Л

А. = >ff(x — о)сЬ о задается величиной напряжения на выходе источника 9. Длина волны синтезируемого сигнала f(x-а) задается путем изменения частоты генератора 1 тактовых импульсов и

27tk настройки на частоты вк = — — управляемых фильтров 13, входящих в состав формирователей 2,l гармонического сигнала, Ак = - ff(x a)cos (x — о)сЬ, 2Л ЗЛ< о

Bk = -,ф(х — a)si (x — о)сь—

2Л . М< о модули спектральных составляющих Yzk(x-а), Yak-1(х-а) сигнала f(x-а), его амплитуда и фаза, отображаемая параметром а, устанавливаются по сигналам "Данные", "Адрес", подаваемым на четвертый, пятый входы. формирователя 2 гармонических сигналов от источника 7 управляющих кодов, поочередно запоминаемым в режиме разделения времени в регистрах 15 —.17 всех формирователей 2.! гармонического сигнала, при поступлении сигнала "Запись" на третий вход формирователя 2 гармонических сигналов от источника 8 импульсов записи, при этом смещение фазы синтезированного сигнала

f(x-а) отсчитывается в долях длины его волны А относительно прямоугольных импульсов на выходе 6 устройства.

Программирование и работа каждого с первого по L-й формирователя 2.! гармонического сигнала осуществляется следую1732357

10 пись" на третьем входе формирователя 2.I гармонического сигнала. При этом в регистре l5 запоминается код а1, а2, ..., 8N параN метра а =it g a P

i=1 где а — значение I-го разряда кода а1, а2...Д

BN, присвоенное одному числу из множества целых чисел от нуля до (P-1), I = 1,N, в регистре 16 — величина коэффициента передачи напряжения усилителя 14, а в регистре 17 — коддлины волны Й =iVk.

При непрерывной работе счетчика 10 импульсов на его информационном. выходе образуется код параметра Х = Х - а, что достигается путем перезаписи в него выходного кода регистра 15, запись которого в счетчик 6 импульсов осуществляется каждый раз по фронту импульса на его счетном входе в момент появления на его управляющем входе сигнала "Разрешение записи смещения фазы". Блоком 11 постоянной памяти, а затем цифроаналовым преобразователем

12 сигналы кода параметра Х преобразуются в синусное или косинусное ступенчатое колебание напряжения с волновым числом

К после чего из этого колебания, управляемого фильтром 13 нижних частот, частота среза которого предварительно настроена на частоту в, выделяется сигнал основной гармоники

2л1с

Уг (х — а) = У,сов — — (х — а) или

Y2I, — 1(х — а) = csin (x — а)

2ztk неизменной амплитуды Уо, после ослабления которого управляемым усилителем 14 на выходе формирователя 2.I образуется синусоидальное колебание напряжения

Yzy(x-а) или У ->(x-а).

Введение в известное устройство дополнительных блоков 5, 7, 8 и 9, выполнение по иной структурной схеме формирователя 2 гармонических сигналов позволило предлагаемому устройству по сравнению с известными генерировать сигнал, представляемый рядом Фурье из расширенного класса функций, и повысить точность, Формула изобретения

1. Устройство для синтеза периодиче.ских сигналов произвольной формы, содержащее генератор тактовых импульсов, с первого по I=A формирователи гармоничеФ ских сигна ;ов, выходы которых соедине: ы с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен к выходу синтезированного сигнала устройства, о т л и ч а ю5 щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения регулировки фазового сдвига, амплитуды и среднего значения его выходного сигнала при одновременном повышении

10 точности, в него введены счетчик импульсов, выход которого подключен к выходу начальной фазы синтезированного сигнала устройства, источник управляющих кодов, источник импульсов записи и управляе15 мый источник напряжения, выход которого соединен с дополнительным входом сумматора, причем вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первыми входами с первого по

20 L-й формирователей гармонических сигналов, вторые входы которых соединены с выходом счетчика импульсов, третьи входы — с выходом источника импульсов записи, четвертые и пятые входы — c первым и вторым

25 выходами источника управляющих кодов.

2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что каждый с первого по =й формирователь гармонического сигнала содержит

30 последовательно соединенные счетчик импульсов, блок постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь, управляемый фильтр и управляемый усилитель, а также первый, второй и третий регистры и де35 шифратор, вход которого является пятым входом формирователя гармонических сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены с первыми управляющими входами первого, второго и третьего регист40 ров соответственно, вторые управляющие входы которых объединены и образуют третий вход формирователя гармонического сигнала, четвертый вход которого образует их объединенные информационные входы, при

45 этом выходы первого, второго и третьего регистров соединены с информационными входами соответственно, счетчика импульсов, управляемого усилителя и управляемого фильтра, причем счетный и управляющий

50 входы счетчика импульсов являются соответственно, первым и вторым входами формирователя гармонических сигналов, выходом которого является выход управляемого усилителя.

1732357 вхЛ

40

50

Составитель А.Ковбаса

Техред M. Морге нтал Корректор Т Палий

Редактор E.Папп

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

Заказ 1584 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5