Пристрій для синтезу періодичних сигналів довільної форми

Винахід відноситься до області автоматики та обчислювальної техніки, зокрема до генераторів сигналів, що відображаються у вигляді суми гармонічних складових ряда Фур'є. Відомий генератор функцій, який має генератор прямокутних імпульсів, з'єднаний виходом з входами блоків формування гармонічних складових ряда Фур'є, кожен з яких містить послідовно з'єднані резонансний підсилювач, фазозсуваючий ланцюг і дільник напруги. Виходи блоків формування гармонічних складових з'єднані з входами вихідного суматора, до одного із входів якого приєднаний також через частотно-компенсований дільник генератор лінійно-змінюваної напруги, сполучений входом з виходом генератора прямокутних імпульсів [1]. Недоліком цього генератора є понижена точність відтворення функцій через наявність в його складі Інерційних елементів, які приводять до фазових і амплітудних спотворень гармонічних складових, а також відсутність можливості змінити амплітуду, фазу та середнє значення у синтезованого сигналу, Найбільш близьким по сукупності ознак до запропонованого є пристрій для генерування функцій, який містить опорний ' генератор імпульсів 1 суматор, приєднаний виходом до виходу пристрою, а входами до виходів блоків формування гармонічних складових ряда Фур'є, кожний з яких має .дільник частоти, приєднаний входом до виходу опорного генератора Імпульсів, тригер, елементи І, НІ та І-НІ, перетворювачі прямокутної напруги в трикутну і два синусних функціональних перетворювачі, виходи яких з'єднані з входами суматора, а входи ! приєднані відповідно до виходів першого І другого перетворювачів прямокутної напруги в трикутну, вход першого з яких з'єднаний з виходом елемента І, а вхід др угого - з виходом тригера, входом первого елемента НІ та з першим входом першого елемента І-НІ, приєднаного другим входом до виходу другого елемента НІ, а виходом до першого входу елемента І, з'єднаного другим входом з виходом другого елемента НІ, а другий вхід-з виходом дільника частоти, лічильним входом тригера 1 з входом другого елемента НІ [2]. Але і цей відомий пристрій забезпечує генерування сигналу складної форми у відповідності 3 рядом Фур'є де f(x) - функція, що генерується; х - змінна величина, пропорційна часу; k - хвильове число, рівне кількості хвиль k-x косинусних або синусних коливань напруги або струму, які постають спектральними складовими ряда Фур'є, уміщених k разів на інтервалі часу довжиною l , k = 1, k Ak, B k - амплітуди k-x гармонічних складових ряда Фур'є, які визначаються за формулами l - довжина хвилі синтезованого сигналу f(x); і не призначений для синтезу сигналу, який генерується у відповідності з виразом тієї ж форми, що 1 сигнал f(x), зсун утого відносно нульового рівня на величину а по фазі - на величину а відносно сигнала f(x-a)Ia=о. Крім того, у відомому пристрої не передбачено регулювання амплітуд і фаз генерованих в ньому спектральних складових ряда Фур'є, що неодмінно призводить до зниження точності відтворення функції, що ним синтезується, з плином часу через вплив дестабілізуючих факторів на елементи пристрою, наприклад температури. Також не передбачено в ньому і регулювання амплітуди його ви хідного сигналу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для синтезу періодичних сигналів довільної форми шляхом розширення функціональних можливостей, що забезпечується завдяки зміні амплітуди, фази і середнього значення його вихідного сигналу, і підвищення точності за рахунок регулювання амплітуд і фаз спектральних складових ряда Фур'є, що генеруються в ньому. Поставлена задача розв'язується завдяки тому, що в пристрій для синтезу періодичних сигналів довільної форми, який містить генератор тактових імпульсів, з першого по L-й формувачі гармонічних сигналів, виходи яких з'єднані з відповідними входами суматора, вихід якого з'єднаний з виходом синтезованого сигналу пристрою, згідно з винаходом, введені лічильник ІМПУЛЬСІВ, вихід якого з'єднаний з виходом початкової фази синтезованого сигналу пристрою, джерело керуючих кодів, джерело імпульсів запису і кероване джерело напруги, вихід якого з'єднаний з додатковим входом суматора, причому вхід лічильника імпульсів з'єднаний з виходом генератора тактових імпульсів і першими входами з першого по L-й формувачів гармонічних сигналів, другі входи яких з'єднані з виходом лічильника Імпульсів, треті входи - с виходом джерела імпульсів запису, четверті і п'я ті входи з першим 1 другим виходами джерела керуючих кодів. Кожний J-й формувач гармонічного сигналу (J = 1,..., L) містить послідовно з'єднані лічильник імпульсів, блок незмінної пам'яті, цифро-аналоговий перетворювач, керований фільтр і керований підсилювач, а також перший, другий, третій регістри і дешифратор, вхід якого є п'ятим входом формувача гармонічних сигналів, а перший. другий і третій виходи з'єднані з першими керуючими входами першого, другого і третього регістрів, відповідно, другі керуючі входи яких об'єднані І утворюють третій вхід формувача гармонічного сигналу, четвертий вхід якого утворюють їх об'єднані інформаційні входи, при цьому виходи першого, другого і третього регістрів з'єднані з інформаційними входами, відповідно, лічильника імпульсів, керованого підсилювача і керованого фільтра, причому лічильний І керуючий входи лічильника імпульсів є відповідно першим і другим входами формувача гармонічного сигналу, ви ходом якого є вихід керованого підсилювача. Вказаний технічний результат досягається завдяки наявності у запропонованому пристрої джерела керуючих -кодів, джерела імпульсів запису, керованого джерела напруги, лічильника імпульсів і особливому виконанню формувачів гармонічних сигналів. На фіг. 1 приведена структурна схема пристрою для синтезу періодичних сигналів довільної форми; на фіг. 2 - стр уктурна схема J-го формувача гармонічного сигналу. Пристрій для синтезу періодичних сигналів довільної форми (фіг. 1) має генератор 1 тактових імпульсів, формувач 2 гармонічних сигналів, суматор 3, вихід якого постає виходом 4 синтезованого сигналу пристрою, лічильник 5 Імпульсів, вихід якого постає виходом 6 початкової фази синтезованого сигналу пристрою, джерело 7 і керуючих кодів, джерело 8 Імпульсів запису і кероване джерело 9 напруги. Вихід генератора 1 імпульсів з'єднаний з лічильним входом лічильника 5 Імпульсів І першим входом формувача 2 гармонічних сигналів, др угий вхід якого з'єднаний з виходом лічильника 5 Імпульсів, третій вхід - з виходом джерела 8 імпульсів запису, четвертий і п'ятий входи - з першим і другим виходами джерела 7 керуючих кодів відповідно, а його L виходів, з першого по L-й, з'єднані з відповідними входами суматора 3, додатковий вхід якого з'єднаний з виходом керованого джерела 9 напруги. Формувач 2 гармонічних сигналів має L однакових по структурній схемі формувачів 2.J гармонічного сигналу, J= , першим, другим, третім, четвертим і п'ятим входами якого є відповідно об'єднані перші, другі, треті, 1L , четверті І п'яті входи всіх формувачів 2.J гармонічного сигналу, а їх ви ходи - його з першого по L-й виходи. Формувач 2.J гармонічного сигналу (фіг. 2) містить послідовно з'єднані лічильник 10 Імпульсів, блок 11 незмінної пам'яті, цифро-аналоговий перетворювач 12, керований фільтр 13 І керований підсилюваач 14, а також перший, другий І третій регістри 15-17, дешифратор 18, причому його першим і другим входами 19 і 20 постають лічильний І керуючий входи лічильника 10 імпульсів відповідно, третім входом 21 - об'єднані другі керуючі 1 входи регістрів 15 - 17, четвертим входом 22 - їх об'єднані Інформаційні входи, п'ятим входом 23 - вхід деши фратора 18, а виходом 24 - вихід керованого підсилювача 14, при цьому перший, другий І третій виходи деши фратора 18 з'єднані з першими керуючими входами регістрів 15 -17 відповідно, виходи яких з'єднані з інформаційними входами відповідно лічильника 10 Імпульсів, керованого підсилювача 14 1 керованого фільтра 13. Пристрій працює таким чином. При неперервній роботі лічильника 5 Імпульсів (фіг. 1) на його інформаційному виході (не показано) утворюються сигнали N-розрядного коду X1 X2 ... XN змінного параметра, у вигляді де N - натуральне число, величина якого співпадає з кількістю розрядів в лічильнику 5 Імпульсів; l - довжина хвилі сигналу, що синтезується; хі - значення 1-го розряду коду X1 X2... XN, яке присвоєне одному числу з множини цілих чисел від н уля до (Р-1), і = 1, N 1; Р - основа позиційної системи зчислення чисел, величина якої визначається по типу лічильників Імпульсів, що застосовані в пристрої; а на керуючому виході, з'єднаному з виходом 6 пристрою, формується періодична послідовність прямокутних Імпульсів з періодом l і довжиною, рівною періоду чередування імпульсів на виході генератора 1, при цьому l = tRN . Тактові Імпульси з виходу генератора 1, які супровождуються імпульсами з керуючого виходу лічильника 5, поступаючи на перший і другий входи формувача 2 гармонічних сигналів, перетворюються в ньому в систему розмірністю L аналогових неперервних косинусних1 синусних коливань напруги, що відображаються виразами де k - хвильове число, рівне кількості хвиль коливання Y2k(x-a) або Y2k-1(x-a) на Інтервалі часу довжиною l , максимальне значення якого дорівнює числу К = L/2; х - неперервно змінюваний параметр, який є кодом параметра Х перебуває у співвідношенні а - зсув початкової фази сигналів Y2k(x-a), Y2k-1(x-a); Ak, B k - амплітуди синусоїдальних коливань Y2k(x-a), Y2k-1(x-a) з одним і тим же хвильовим числом k. L синусоїдальних сигналів Y2k(x-a), Y2k-1(х-а), поступаючи на входи суматора 3. перетворюються ним вїх сум у, до якої добавляється незмінний сигнал, який передається з виходу джерела 9 напруги на додатковий вхід суматора 3, що дозволяє на виході 4 пристрою отримати сигнал складної форми, що відображається рядом Фур'є де А0 - середнє значення сигналу f(x-a), зсув якого відносно нульового рівня задається величиною сталої напруги на виході джерела 9, з якого вона передається на додатковий вхід суматора 3. Довжина хвилі сигналу f(x-a), який синтезується, задається шляхом зміни частоти генератора 1 тактових 2 pk імпульсів і налагоджування на частоти w = керованих фільтрів 13, які входять до складу формувачів 2.J l гармонічного сигналу. Модулі спектральних складових Y2k(x-a), Y2k-1(x-a) сигналу f(x-a), його амплітуда і фаза, яка відображується параметром а, установлюються по сигналам "Дані", "Адрес", які подаються на четвертий, п'ятий входи формувача 2 гармонічних сигналів від джерела 7 керуючих кодів, по черзі запам'ятовуючись в режимі розподілу часу в регістрах 15 - 17 у всіх формувача х 2.J гармонічного сигналу, при надходженні сигналу "Запис" на третій вхід формувача 2 гармонічних сигналів від джерела 8 Імпульсів запису, при цьому зсув фази синтезованого сигналу f(x-a) відраховується в долях довжини його хвилі l відносно прямокутних Імпульсів на виході 6 пристрою. Програмування і робота кожного з першого по L-й формуча 2.J гармонічного Сигналу (фіг. 2) здійснюється таким чином. З четвертого входу 22 формувача 2.J гармонічного сигналу на інформаційні входи всіх регістрів 15-17 одночасно подаються в режимі розподілу часу сигнали "Дані" про довжину хвилі сигнала f(x-a), що синтезується, про зсув його початкової фази. про амплітуду синусоїдального коливання напруги, що формується в ньому, Y2k(xa) aбo Y2k-1(x-a), а з п'ятого входу 23 - сигнали "Адрес" на вхід дешифратора 18, старшими .розрядами яких вибирається один з формувачів 2.J, а молодшими - один із регістрів 15, 16 або 17. Після закінчення перехідних процесів вихідними сигналами "Дозвіл запису" дешифратора 18 підготовляється один із регістрів 15, 16 або 17 до занесення в нього інформації, запам'ятовування якої здійснюється з приходом сигнала "Запис" на третій вхід 21 формувача 2.J гармонічного сигналу. При цьому в регістрі 15 запам'ятовується код а1 а2 ... аN параметра де аі - значення 1-го розряду коду а 1 а2 ... аN, яке присвоєно одному числу з множини цілих чисел від нуля до (Р-1), і = 1, N 1; в регістрі 16- величина коефіцієнта передачі напруги підсилювача 14, а в регістрі 17 - код довжини хвилі l k = l /k. При неперервній роботі лічильника 10 Імпульсів на його Інформаційному ви ході утворюється код параметра X' = Х-а, що досягається шляхом перезапису в нього вихідного коду регістра 15, запис якого в лічильник 10 імпульсів здійснюєть кожний раз по фронту імпульсу, який поступає з першого входа 19 формувача 2.J на його лічильний вхід в момент появи на його керуючому вході сигнала "Дозвіл запису зсуву фази", який передається з другого входа 20 формувача 2.J гармонічного сигналу. Блоком 11 незмінної пам'яті, а потім цифро-аналоговим перетворювачем 12 сигнали коду параметра X', який в часі неперервно змінюється, перетворюються в синусне або косинусне східцеве коливання напруги з хвильовим числом k, з якого потім керованим фільтром 13 нижніх частот, частота зрізу якого попередньо налаштована на частоту w k , виділяється сигнал основної і гармоніки сталої амплітуди Yo , після послаблення якого керованим підсилювачем 14 на виході 24 формувача 2.J гармонічного сигналу утворюється синусоїдальне коливання напруги Y2k(x-a) або Y2k-1(x-a). Включення у відомий пристрій додаткових блоків 5, 7, 8 1 9, виконання по іншій структурній схемі формувача 2 гармонічних сигналів дозволило запропонованому пристрою в порівнянні з відомими генерувати сигнал, що відображається рядом Фур'є із розширеного класу функцій, і підвищити точність.