Цифровой анализатор спектра

 

ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь , первый блок умножения, второй блок умножения, блок накопления и блок вычисления спектральных составляющих , а также блок выбора весовых коэффициентов, выходом подключенный к второму входу первого блока умножения , сумматор, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения и одновременно к входу блока памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок тригонометрического умножения. выходы которого соединены соответственно с вторым входом сумматора и с входом блока выбора весовых коэффициентов, о тлич ающийс я тем, что, с целью повьтения быстродействия, в него введены два последовательно соединенных регистра, включенных между выходом первого блока умножения и третьим входом сумматора, при этом второй вы ход блока памяти подключен к входу блока тригонометрического умножения , а выход первого блока умножения соединен также с четвертым входом сумматора. 2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что в косинус-. (Л ном генераторе блока тригонометрического умножения, содержащем последовательно соединенные блок умножения, сумматор и первый регистр, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, а также второй регистр и инвертор, устаноto а вочный вход первого регистра соединен с выходом блока умножения, ) ход первого регистра соединен с о д входом второго, выход которого через инвертор подключен к второму входу сумматора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕО.(ИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) з(5)) G 01 R 23 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

OC APCTE1EHH é HOMHTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ (21) 3445711/24-21 (22) 31.05.82 (46) 30. 11. 84. Бюл. ¹- 44 (72) И. И. Волков, А. С. Агеев и В.И.Бутырев (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им.В.В.Куйбьппева (53) 621.317.757(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство CCCE

¹ 851282, кл. G 01 R 23/16, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР № 807181, кл. G 01 R 23/00, 1981 (про тотип) . (54) (57) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый блок умножения, второй блок умножения, блок накопления и блок вычисления спектральных составляющих, а также блок выбора весовых коэффициентов, выходом подключенный к второму входу первого блока умножения, сумматор, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения и одновременно к входу блока памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок тригонометрического умножения, выходы которого соединены соответственно с вторым входом сумматора и с входом блока выбора весовых коэффициентов, о т л и ч а ю щ и и " с я тем, что, с целью повьппения быстродействия, в него введены два последовательно соединенных регистра, включенных между выходом первого блока умножения и третьим входом сумматора, при этом второй вьг .ход блока памяти подключен к входу блока тригонометрического умножения, а выход первого блока умножения соединен также с четвертым входом сумматора.

2. Анализатор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что в косинус- . ном генераторе блока тригонометрического умножения, содержащем последовательно соединенные блок умножения, сумматор и первый регистр, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, а также второй регистр и инвертор, установочный вход первого регистра соединен с выходом блока умножения, выход первого регистра соединен с входом второго, выход которого через инвертор подключен к второму входу сумматора.

71

Изобретение относится к специал зированным средствам информационновычислительной техники, предназначенным для исследования частотных свойств случайных процессов.

Известны устройства, использующие дискретное преобразование Фурье, содержащие блок постоянной памяти для хранения значений тригонометрических функций, арифметический блок для вычисления коэффициентов Фурье, блок оперативной памяти для накопления сумм, блок сглаживания, блок управления для синхронизации рабаты анализатора при операциях умножения. пересылки, суммирования и выработки адресов считывания базисных функций j)j .

Недостатком,цанных анализаторов является наличие сложного блока управления, который ограничивает быстродействие анализатора, так как требуется время на вычисление адресов коэффициентов и вызов их из запоминающих устройств, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блоки умножения, второй вход одного из которых соединен с выходам блока выбора весовых коэффициентов, выход блока умножения соединен с входом блока тригонометричсского умножения, а выходы последнего подключены соответственно к входу блока выбора весовых коэффициентов и к первому и второму входам сумматора, третий, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходам блока накопления: блока вычисления спектральных составляющих и блока памяти 7? .

Недостатком известного анализатора является низкое быстродействис..

Цель изобретения — повыщение быстродействия =-zarwsa dopa.

Поставленная цель достигается т ::к что в цифровой анализатор спектра,, сОдержащий ПОследОвательнс соедине;" ( ные аналого-цифровой преобразователь первый блок умножения,, второй благ умножения, блок накопления и хпок вычисления спектральньг;.- ссс ."азляющих, а т.акже блок выбора весовых коэффициентов, выходом подключенный к второму входу первого блока умнс--я(ения р сумматор, выхОд к о тор ог О подклю

2б892

2 чек к второму входу второго блока умножения и одновременно к входу блока памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок тригонометрического умножения, выходы которого соединень: соответственно с вторым входом сумматора и с входом блока выбора весовых коэффициентов, введены два последовательно соединенных регистра, включенных между выходом первого блока умножения и третьим входом сумматора, при этом второй выход блока памяти подключен к входу блока тригоно-! метрического умножения, а выход первога блока умножения соединен также с четвертым вхоцам сумматора.

В косинусном генераторе блока тригонометрического умножения, со2О держащем последовательно соединенные блок умножения, сумматор и первый регистр, выход которого соединен с вторым вхадсм блока умножения, а также второй регистр и инвертор, 2 установочный вход первого регистра соединен с входом блока умножения, выход первого регистра соединен с входом второго, вь;ход которого через инвертар подключен к второму входу

ЗО сум(атара.

На фиг.7 изображена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг,2 — структурная схема блока тригонометрического умножения; на фиг.З вЂ” структурная схема косинусного генератора.

Цифровой анализатор спектра состоит из аналого-цифрового преобразователя 1, выход которого соединен с первым входом первого блока 2 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 3 выбора весовых коэффициентов, вход последнего соединен с первым выходом блока 4 тригонометрического умножения, второй выход которогс соединен с вторым входом сумматора 5, выход послед (1его соединен с вторым входом второго блока 6 умножения с входом бло-

-а 7 пам,".ти, первый выход которого соединен с первым входом сумматора 5, а второй — с входсм блока 4 тригано.-,.eòpè÷åñêîão умножения, выход блока

2 умножения соединен с входом ренэ гистра 8. четвертым входам сумматора

5 И с первым входом блока 6 умножения„ а также чере: второй регистр !

) = третьим входом сумматора 5, 3 I 12689 выход блока 6 умножения через блок 10 накопления соединен с входом блока 11 вычисления спектральных составляющих.

Блок 4 тригонометрического умножения состоит из двух косинусных генераторов 12 и 13, каждый из которых имеет два установочных входа и один выход (фиг.2). Установочные входы косинусных генераторов 12 и 13 соединены с выходами блоков 14 и 15 задания постоянных кодов. Выход первого косинусного генератора 12 является первым выходом блока 4 тригонометрического умножения, а выход 15 второго соединен с входом блока 16 умножения, второй вход которого является входом блока 4, а выход — вторым выходом блока 4 тригонометрического умножения. 20

Косинусный генератор (фиг. 3) состоит из регистра 17, установочный вход которого, являющийся первым входом генератора, соединен с первым входом блока 18 умножения, второй вход которого соединен с выходом регистра 17, а выход блока 18 умножения соединен с первым входом сумматора 19, выход которого подключен к входу регистра 17, выход последнего30 соединен с входом второго регистра

20, установочный вход которого является вторым входом генератора, а выход, являющийся выходом генератора, соединен через инвертор 21 с вторым входом сумматора 19.

Анализатор спектра работает следующим образом.

Перед началом работы анализатора блок 7 памяти, блок 10 накопления и 40 регистры 8 и 9 обнуляются. С вьжода

АЦП 1 на вход 2 умножения в п-м цикле поступает цифровое слово Х, соответствующее и и выборке в последовательности М выборок входного 45 сигнала.

В блоке 2 вычисляется произведение

Я11 Х Мп, где Ч вЂ” n e значение

tl и весовой функции, поступающей с выхода блока 3. Взвешенный отсчет 00 у) поступает затем на вход регистров.

Последовательно соединенные регистры

8 H 9 образуют стековый регистр, в котором хранится два предыдущих значения Qn < Q я . В новом 55 (n + 1) цикле информация в стековом регистре сдвигается в направлении от 8 регистра к 9, а ранее хранившееся слово в регистре 9 выталкивае ся. С выходов блока 2 и регистра 9 значения отсчетов поступают на входы сумматора 5. Одновременно с этим с первого выхода блока 4 тригонометрического умножения поступает на вход блока 3 значение 2 cos2 н п/N для формирования весовой функции окна Хемминга 1/2 (1 — cos2 н n/N), а с второго выхода за К тактов генерируются последовательность произвек дений значения I„l, поступающего с второго выхода блока 7 памяти, на значение С = 2соэ2%К/N. Это произведение, а также величина к с первого выхода блока 7 поступает также на вход сумматора 5. к

Выходное слово Y сумматора 5 в к-м такте поступает па вход блока 7 памяти, который имеет две страницы памяти с общей адресацией и раздельным управлением записью. Выход первой страницы соединен с sxopoM второй, выход которой является первым выходом, а выход первой страницы— вторым выходом блока 7 памяти.

Таким образом, к-я ячейка блока 7 как бы образует стековый регистр аналогично регистрам 8 и 9. При этом значение к целесообразно выбирать кратным степени двойки с целью упрощения адресацией при считывании и записи. По окончании к-го такта информация в к-й ячейке сдвигается в направлении от первой к второй странице. В результате в к-м такте и-го цикла на выходе сумматора к

М формируется величина Y д, которая отсылается в блок 10 накопления, в ко ром накапливаются суммы.

Таким образом организуется синхронный накопитель, выходная велик чина которого Z после N ro цикла поступает в блок 11 вычисления спектральных составляющих, который представляет собой блок перемножения к величины Z> на заданное значение

h/2н N, где ь — величина дискретиэа ции по времени входного процесса

x(t). При необходимости в блоке ll производится усреднение по частоте.

Если требуется текущий спектр, та величина 2.,1 поступает в блок 11 в каждом цикле.

Лля формирования тригонометрических сигналов в блоке 4 использованы два идентичных косинусных генератора 12 и 13. Генератор 12 вырабаты1! 26892 вает последовательность значения

2cosKin/N, а 13 — 2cos2%K/N. При этом генератор работает следующим образом.(фиг.З). В первом цикле постоянный код, равный Co= 2 = const

5 переписывается в регистр 20, а в регистр 17 — значение С = 2 созе%/И, которое устанавливается пользователем. Одновременно с этим на входе о регистра 17 устанавливается код, значение которого равно

Яи Яи

С *= 2cos — Ci,- С = 2соа2 —

М 0

Во втором цикле осуществляется перезапись информации из регистра

17 в регистр 20, с выхода сумматора

19 в регистр 17, а с выхода генератора снимается значение С, в регистре

- 17 хранится значение С, а на его входе устанавливается код равный тli

C =2cos — С -С; =2cos3

8 m-м цикле на выходе генератора формируется код, равный л „,=2соз — С „, < "С „„ -2созтп N

Таким образом, в предлагаемом устройстве не требуется генерирова ние синусоидальных сигналов, что приводит к сокращению арифметических операций в два раза. Кроме того, отсутствует временное мультиплексирование в сумматоре 5, поэтому все

C операции в устройстве в каждом такте осуществляются одновременно, что повьнпает быстродействие анализатора.

1126892

Составитель А.Орлов

Редактор M.Ïåòðîâa Техред С.Легеза

Корректор О. Луговая

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 8686/34 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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