DE3854887T2

DE3854887T2 - Digitaloszillator

Info

Publication number: DE3854887T2
Application number: DE3854887T
Authority: DE
Inventors: Tokikazu Matsumoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2008-10-14
Also published as: US4959616A; EP0312370A3; JPH0199322A; JPH0683067B2; EP0312370A2; DE3854887D1; EP0312370B1; KR890007499A; KR910006473B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Digitaloszillatorvorrichtung, der Wellenformdaten erzeugt, die eine periodische Wellenform darstellen, die eine erwünschte Periode hat.
Herkömmucherweise wird, um periodische Wellenformdaten zu erhalten, eine Oszillatorovoreinrichtung verwendet, die eine bestimmte Konstante bei jedem Takt unter Verwendung einer Addiereinrichtung aufsummiert, die überläuft, wenn die Date einen dynamischen Bereich überschreitet.
Diese Vorrichtung kann die Periode der erzeugten Wellenform ändern, indem der Wert der Konstanten geändert wird, die aufaddiert werden soll. Jedoch ist, da man nicht irgendeinen Wert für die Konstante bei der ganzzahligen Operation auswählen kann, die Periode, die erhalten werden kann, begrenzt.
In IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 22, Nr. 2, August 1979, Seiten 975 bis 978 ist eine akustisch interaktive Synthetisierungseinrichtung zum Erzeugen von digitalen Sinuswellen offenbart, wobei ein zurückführendes Schieberegister verwendet wird, das von einem Computer geladen und gesteuert wird, und zum Umwandeln des Schieberegisterausgangs in die erwünschten, analogen, akustischen Signale, die verlangt werden. Kleine Frequenzänderungen können erzeugt werden, indem eine Addieranordnung verwendet wird, die serielle Addiereinrichtungen umfaßt, die die Taktfrequenzaufteilung in unabhängige Bereiche trennt, die als "grobe", "feine" und "sehr feine" Frequenzsteuerung bezeichnet werden. Die Addiereinrichtungen werden durch einen Computer gesteuert, um die Ausgangsfrequenz einer Sinuswelle zu steuern.
Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, eine Digitaloszillatorvorrichtung zu schaffen, die periodische Wellenformdaten erzeugt, deren Periode irgendein rationalzahliges Vielfaches der Taktperiode ist.
Diese Zielsetzung kann erreicht werden, indem geschaffen wird:
Eine Digitaloszillator zum Erzeugen einer periodischen Wellenformdate, der eine Frequenz fs aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
eine Datenerzeugungseinrichtung, die auf jeden Takt eines Taktsignals reagiert, das eine Frequenz fc hat, um eine Date zu erzeugen, um einen Datenzug zu erzeugen, der periodisch einen konstanten Gesamtwert R mit einer Periode von m-Takten hat, so daß der Mittelwert jeder Date des Datenzuges, der in Reaktion auf jeden Takt des Taktsignals erzeugt wird, R/m wird, wobei jeweils R und m eine ganze Zahl sind, wobei die genannte Datenerzeugungseinrichtung umfaßt: eine Aufaddiereinrichtung, die auf das Taktsignal zum Aufaddieren des Wertes R reagiert, eine überlauferfassungseinrichtung zum Erfassen eines Überlaufs der Aufaddiereinrichtung, wenn der aufaddierte Wert der Aufaddiereinrichtung den Wert m überschreitet, die genannte überlauferfassungseinrichtung normalerweise den Wert 0 ausgibt und beim Erfassen des Überlaufs den Wert 1 ausgibt, und eine Einrichtung, die auf das Erfassen des Überlaufs durch die überlauferfassungseinrichtung reagiert, um den aufaddierten Wert der Aufaddiereinrichtung auf den Wert zurückzusetzen, der durch Subtrahieren des Wertes m von dem aufaddierten Wert erhalten wird, wobei der Ausgang der genannten Überlauferfassungseinrichtung als der genannte Datenzug verwendet wird, der durch die genannte Datenerzeugungseinrichtung erzeugt wird; und
eine Aufaddiereinrichtung, die einen dynamischen Bereich D aufweist, wo D eine ganze Zahl ist, und auf jeden Takt des Taktsignals zum Aufaddieren einer Summe von jeder Date des Datenzugs reagiert, der durch die genannte Datenerzeugungseinrichtung erzeugt worden ist, und eine Konstante A, wo A eine ganze Zahl ist, um eine aufaddierte Date zu erhalten, bis die aufaddierte Date den dynamischen Bereich D überschreitet, und der dynamische Bereich D von der aufaddierten Date subtrahiert wird, wenn die aufaddierte Date den dynamischen Bereich D überschreitet, wodurch eine periodische Wellenformdate erzeugt wird, die eine Frequenz fs hat,
wobei die Werte von R, m, A und D die Bedingung fs/fs = (A + R/m)/D erfüllen, so daß die Frequenz fs der periodischen Wellenformdate fs = (A + R/m) fc/D wird.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Ausgangsdatenwellenform der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig.3 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig.4 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig.5 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig.6 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform von Daten zeigt, die in einem Nur-Lese-Speicher ROM bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gespeichert sind; und
Fig.7 ist ein Blockdiagramm, das eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In Fig. 1 umfaßt eine Digitaloszillatorvorrichtung einen Aufaddierabschnitt 1 und einen Datenerzeugungsabschnitt 2. Der Aufaddierabschnitt 1 reagiert auf ein Taktsignal, um eine Konstante A und einen Ausgang des Datenerzeugungsabschnittes 2 Takt um Takt auf zuaddieren. Wenn der Ausgang des Datenerzeugungsabschnittes 2 konstant Null (0) ist, wird eine Ausgangswellenformdate erhalten, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das heißt, wenn die Taktperiode τ ist, nimmt die Date A in Intervallen von τ, zu und wenn die Date einen dynamischen Bereich D überschreitet, fließt sie über. Als das Ergebnis wird eine sägezahnförmige Wellendate erhalten. Wie es aus der Fig. 2 klar ist, gilt, wenn die Periode dieser Sägezahnwellenform T ist, die folgende Beziehung:
T D τ/A (1)
Angenommen, daß die Taktfrequenz fc ist und die Sägezahn-wellenfrequenz fs ist (d.h. fc = 1/τ und fs = 1/T), kann die Gleichung (1) geschrieben werden wie:
fs = (A/D) fc (2)
Somit kann durch Ändern der Konstanten A und des dynamischen Bereiches D die Frequenz der Sägezahnwellenform geändert werden.
Jedoch arbeitet im allgemeinen der Aufaddierungsabschnitt 1 in der Binärform, und in einem solchen Fall wird D ein Exponentierung von zwei. Wenn somit fs wahlweise gemäß Gleichung (2) gesetzt wird, muß ein wahlweises A gegeben werden. Jedoch kann, da A ebenfalls eine ganze Zahl ist, ein wahlweises fs nicht erhalten werden.
Der Datenerzeugungsabschnitt 2 ist vorgesehen, um dieses Problem zu lösen und arbeitet wie folgt. Der Datenerzeugungsabschnitt 2 erzeugt periodisch einen Datenzug a mit einer Periode von m Takten (m ist ganzzahlig) und der Gesamtwert des Datenzuges in jeder Periode ist R (R ist ganzzahlig). Somit ist der Datenmittelwert R/m. Weil die Date, die einen solchen Mittelwert hat, an den Aufaddierungsabschnitt 1 stets zusammen mit der konstanten A gegeben wird, ist der Aufaddierungsabschnitt im Mittel equivalent dem Aufaddieren von A + R/m Wert bei jedem Takt. Infolgedessen ergibt das Ersetzen von A durch A+R/m in Gleichung 2
fs = {(A + R/m)}/D fc (3)
Somit gibt die richtige Auswahl der ganzzahligen R und m eine wahlweise Frequenz fs.
Gleichung (3) kann auch interpretiert werden, wie folgt. In Gleichung (3), bezeichnet (A + R/m)/D das Verhältnis der Sägenzahnwellenfrequenz fs zu der Taktfrequenz fc, und wenn das Verhältnis als kih (wo k und h natürliche Zahlen und k/h der nicht verringerbare Bruch ist) ausgedrückt wird, erhalten wir
k/h = (A + R/m)/D (4)
Infolgedessen können, wenn der dynamische Bereich D des Aufaddierungsabschnittes 1 und das Verhältnis k/h gegeben sind, A, R und m erhalten werden, wie folgt:
k Dih = A + R/m (5)
Somit erhält man aus Gleichung (5) durch Teilen von k D durch h den Quotienten A mit dem Rest R, und m ist ein Nenner, wenn k D/h reduziert ist. Wenn beispielsweise D = 512, k = 3, und h = 22 ist gemäß Gleichung (5) das linke Element
3 x 512/22 = 768/11 = (69 x 11 + 9)/11
Somit sind A = 69, R = 9 und m = 11.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unten beschrieben. In Fig. 3 umfaßt der Aufaddierungsabschnitt 3 eine Addiereinrichtung 10 und ein D-Flip-Flop 11, das als eine Verzögerungsschaltung arbeitet. Da der Ausgang der Addiereinrichtung 10 um einen Takt mit dem D-Flip-Flop 11 verzögert wird und zu einem Eingang der Addiereinrichtung 10 zurückgeführt wird, wird die Konstante A, die einem anderem Eingang der Addiereinrichtung 10 eingegeben wird, bei jedem Takt aufaddiert. Die Addiereinrichtung 10 fließt über, wenn der aufaddierte Wert D überschreitet.
Die Addiereinrichtung 10 besitzt einen Übertrageingang, dem der Ausgang des Datenerzeugungsabschnitts 4 eingegeben wird.
Der Datenerzeugungsabschnitt 4 dieser Ausführungsform umfaßt eine Addiereinrichtung 5, eine überlauferfassungseinrichtung 6, eine Schalterschaltung 8, eine Subtraktionsschaltung 7 und einen D-Flip-Flop 9.
Die Addiereinrichtung 5 addiert R zu dem Ausgang des D-Flip- Flop 9. Der Ausgang der Addiereinrichtung 5 wird durch die Überlauferfassungseinrichtung 6 geprüft, ob er m überschreitet, und sollte er m überschreiten, schaltet der Schalterkreis 8 auf seinen Anschluß 13, um m von dem Ausgang der Addiereinrichtung 5 durch die Subtraktionseinrichtung 7 zu subtrahieren. Der Ausgang der Subtraktionseinrichtung 7 wird dem D- Flip-Flop 9 zugeführt. Der Ausgang des D-Flip-Flop 9 wird zu der Addiereinrichtung 5 zurückgeführt. Die Überlauferfassungseinrichtung 6 gibt "1", wenn ein Überlauf erfaßt wird, und sonst "0" an den Übertragseingang der Addiereinrichtung 10 in dem Aufaddierungsabschnitt 3 aus.
Da die obige Ausgestaltung equivalent ist, R in dem residuellen, algebraischen System mit m als Modub auf zuaddieren, erzeugt R m-mal auf zuaddieren, das gleiche Ergebnis. Das heißt, die Ausgangsdate der Addiereinrichtung 5 hat einen Zyklus m, und die überlauferfassungseinrichtung 6 gibt "1" mit der Rate von R-mal bis m-mal aus. Infolgedessen wird der Mittelwert von m-mal der Ausgänge der Überlauferfassungseinrichtung 6 zu R/m, und das Addieren dieses Signals zu dem Übertragseingang der Addiereinrichtung 10 in dem Aufaddierungsabschnitt 3 kann eine zu der der ersten Ausführungsform equialente Wirkung erzeugen. Die vorliegende Ausführungsform ist vorteilhaft dahingehend, daß sie den Übertragseingang der Adiereinrichtung 10 verwenden kann, weil der Ausgang des Daenerzeugungsabschnitts 4 entweder "0" oder "1" ist, daß heißt, 1 Bit ist.
Bezugnehmend auf die Fig. 4 wird nun die dritte Ausführungsform beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist der Aufaddierungsabschnitt 3 der gleiche wie derjenige der zweiten Ausührungsform, während der Datenerzeugungsabschnitt 20 einen m- Zähler 22 und einen Nur-Lese-Speicher ROM 21 umfaßt. Der m- Zähler 22 unterteilt die Taktfrequenz mit m. Ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform ist der Datenerzeugungsabschnitt 20 eine Schaltung, um "1" mit der Rate von R-mal von m-mal auszugeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Ausang des m-Zählers 22 an den Adresseneingang des Nur-Lese-Speihers ROM 21 ausgegeben. Der Nur-Lese-Speicher ROM 21 speichert "1" in R Adressen von m Adressen, und "0" in den verbleibenden m-R Adressen. Dies ermöglicht der dritten Ausführungsform, daß sie die gleiche Arbeitsweise wie die erste Ausführungsform durchführen kann. Alternativ führt, wenn der Nur-Lese-Speicher ROM 21 im voraus ein Muster speichert, das an dem Ausgang des Datenerzeugungsabschnittes 4 der zweiten Ausführungsform eralen werden soll, die dritte Ausführungsform die gleiche Arbeitsweise wie die zweite Ausführungsform aus.
Bezugnehmend auf Fig. 5 wird nun die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform wird ausgeführt, indem ein Nur-Lese-Speicher ROM 30 und ein Digital/Analog(D/A)-Umwandler 31 zu der ersten Ausführungsform hinzugefügt werden. Die Ausgangswellenform des Aufaddierungsabschnittes 1 ist eine Sägezahnwellenform, wie es bei der erten Ausführungsform gezeigt ist. Deshalb wird, wenn die sinusörmige Date im voraus in dem Nur-Lese-Speicher ROM 30 gespeichert wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, und die Ausgangsdate des Aufaddierungsabschnittes 1 dem Adresseneingang des Nur- Lese-Speichers ROM 30 zugeführt wird, die Ausgangsdate des Nur-Lese-Speichers ROM 30 eine sinusförmige Wellenformdate. Es ist möglich, diese Date mit dem Digital/Analog-Umwandler 31 in eine analoge Sinuswelle umzuwandeln. Das Speichern einer von der Sinuswelle verschiedenen möglichen Wellenformdate in dem Nur-Lese-Speicher 30 ermöglicht, daß eine wahlweise Wellenform erzeugt wird.
Bezugnehmend auf Fig. 7 wird nun die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform wird ausgeführt, indem ein Digital/Analog(A/D)-Umwandler 32 der ersten Ausführungsform hinzugefügt wird, wodurch eine analoge Sägezahnwellenform bereitgestellt wird.

Claims

1. Eine Digitaloszillatorvorrichtung zum Erzeugen einer periodischen Wellenformdate, der eine Frequenz fs aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

eine Datenerzeugungseinrichtung (2,4), die auf jeden Takt eines Taktsignals reagiert, das eine Frequenz fc hat, um eine Date zu erzeugen, um einen Datenzug zu erzeugen, der einen periodisch konstanten Gesamtwert R mit einer Periode von m-Takten hat, so daß der Mittelwert jeder Date des Datenzuges, der in Reaktion auf jeden Takt des Taktsignals erzeugt wird, R/m wird, wobei jeweils R und m eine ganze Zahl sind, wobei die genannte Datenerzeugungseinrichtung umfaßt: eine Aufaddiereinrichtung (5,9), die auf das Taktsignal zum Aufaddieren des Wertes R reagiert, eine Überlauferfassungseinrichtung (6) zum Erfassen eines Überlaufs der Aufaddiereinrichtung, wenn der aufaddierte Wert der Aufaddiereinrichtung dem Wert m überschreitet, die genannte Überlauferfassungseinrichtung normalerweise den Wert 0 ausgibt und beim Erfassen des Überlaufs den Wert 1 ausgibt, und eine Einrichtung (7,8), die auf das Erfassen des Überlaufs durch die Überlauferfassungseinrichtung reagiert, um den aufaddierten Wert der Aufaddiereinrichtung auf den Wert zurückzusetzen, der durch Subtrahieren des Wertes m von dem aufaddierten Wert erhalten wird, wobei der Ausgang der genannten Überlauferfassungseinrichtung als der genannte Datenzug verwendet wird, der durch die genannte Datenerzeugungseinrichtung erzeugt wird; und eine Aufaddiereinrichtung (1,3), die einen dynamischen Bereich D aufweist, wo D eine ganze Zahl ist, und auf jeden Takt des Taktsignals zum Aufaddieren einer Summe von jeder Date des Datenzugs reagiert, der durch die genannte Datenerzeugungseinrichtung erzeugt worden ist, und eine Konstante A, wo A eine ganze Zahl ist, um eine aufaddierte Date zu erhalten, bis die aufaddierte Date den dynamischen Bereich D überschreitet, und der dynamische Bereich D von der aufaddierten Date subtrahiert wird, wenn die aufaddierte Date den dynamischen Bereich D überschreitet, wodurch eine periodische Wellenformdate erzeugt wird, die eine Frequenz fs hat,

wobei die Werte von R, m, A und D die Bedingung fs/fs = (A + R/m)/D erfüllt, so daß die Frequenz fs der periodischen Wellenformdate f (A + Rim) fc/D wird.

2. Eine Digitaloszillatorvorrichtung gemäß Anspruch 1, in der die genannte Aufaddierungseinrichtung (1,3) umfaßt: eine Verzögerungseinrichtung (11) zum Verzögern einer dort eingegebenen Date um Taktperiode; und eine Addiereinrichtung (10) zum Addieren der Konstanten A, einer Ausgangsdate der genannten Verzögerungseinrichtung und, als ein Übertrag, der durch die genannte Datenerzeugungseinrichtung erzeugten Date, wobei die addierte Date der genannten Verzögerungseinrichtung zugeführt und gleichzeitig als die aufaddierte Date ausgegeben wird.

3. Eine Digitaloszillatorvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Speichereinrichtung (30) umfaßt, in der eine Date, die einer vorbestimmten Wellenform entspricht, gespeichert wird und die Wellenformdate von der genannten Aufaddierungseinrichtung (1) als eine Adressendate zum Ausgeben der gespeicherten Date erhält, um eine vorbestimmte, periodische Wellenformdate zu erhalten.

4. Eine Digitaloszillatorvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei in der genannten Speichereinrichtung (30) die sinusförmige Wellenformdate gespeichert ist.

5. Eine Digitaloszillatorvorrichtung gemäß Anspruch 3, die ferner eine Digital-Analog-Umwandlungseinrichtung (31) zum Umwandeln der Wellenformdate von der genannten Speichereinrichtung (30) in eine analoge Wellenformdate umfaßt.

6. Eine Digitaloszillatorvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Digital-Analog-Umwandlungseinrichtung (32) umfaßt, um die Wellenformdate von der ge Aufaddierungseinrichtung (1) in ein analoges Wellensignal umzuwandeln.