Цифровое устройство для вычисления тригонометрических коэффициентов

 

Союз Сов етскик

Социалистических

Республик

О П И с A Н И Е ((»792261

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.12.78 (21) 2698066/18-24 с присоединением заявки М (28) Приоритет (51)M. Кл.

Гооудерстееииый комитет

СССР

G 06 F 15/20 до делам изебретеиий и открытий

ОпУбликовано 30.12.80 Бюллетень Рй 48 (53) УДК 681333 (088.8) Дата опубликования описания 30.12.80 (72) Авторы изобретения

В. В. Алексеев, Д. Д. Недосекин и Е. А. Чернявский (7I ) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт имени В. И. Ульянова (Ленина) (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ я.

Ск=Ак +Вк > (i) 1о где к — номер гармоники, А и  — коэффициенты Фурье, которые определяются по формуле Бесселя; 15 (N-1 /2) (Ак= — „««к(А1 и (сок(— и.к(n=o (2) м («к "- и « « l« t и 1 51и — . y «) и=о

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в анализаторах частотных характеристик случайных процессов и в других вычислительных устройствах, использующих алгоритм преобразования Фурье, 5

Для определения спектральной плотности случайного процесса чаще всего используется дискретное преобразование Фурье х(Л t-n) — отсчет случайной величины.

Для получения тригонометрических коэффициентов (ТК) можно использовать устроиство, построенное, на базе запоминающего устройства

ЗУ. В ЗУ хранятся значения полуволны синуса.

В состав устройства также входит счетчик номера отсчета, связанный через группу вентилей с накапливающим сумматором. Накапливающий сумматор через группу вентилей связан с регистром адреса, который задает адрес в ЗУ, по которому читается соответствующее значение синусоидального сигнала. Считанное число передается на ЗУ на выходной регистр (1).

Недостатком данного устройства является относительно большое время получения старших значений синусоидального сигнала из-за того, что генерация синусоидальных сигналов производится с постоянным шагом квантования по частоте, равным единице, время получения одного значения равно двум тактам работы.

Наиболее близким по технической сущности к рассматриваемому является устройство, содержащее счетчик чисел, который через блок элемента И соединен с накапливающим сумматором, который соединен с блоком моделирова79

2261 4 равляется блоком 3 сигналом Сброс" н

"+См", Дешифратор 4 управляет включением соответствуюц ей группы элементов И в олоке

7 сигналом "2г1 ". Накапливаюцгий сумматор 8

5 соединен с блоком 9 формирования синуса.

Устройство содержит сдвиговый регистр 1, который соединен с дешифратором 2, задающим размерность анализа N, блоком 3 управления и дешифратором 4, задающим величину шага квантования ло частоге. Счетчик 5 числа шагов даннои величины соединен с блоком 3, который вырабагь вает сигнал управления "+1" сброс для счетчика 5, сдвиг для регистра 1 и соединен со счетчиком 6 чисел, для которого вырабатывает сигнал "+2 .

Счетчик 6 через блок элементов И 7 соединен с накапливающим сумматором 8, который упния функции, и устройство управления, состоящее иэ трех цепей последовательно соединенных счетчика и дешифратора, управляемых комбинационной схемой. Устройство позволяет за один такт обращения получить очередное значение

ТК с переменным шагом по частоте(21.

Недостатком этого устройства состоит в невозможности организации гибкого Фурьеанализа, так как параметры генерируемой матрицы ТК (N, К) жестко определены схемой устройства управления, т. е. большое время изменения параметров анализа.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Для этого в устройство, содержащее блок управления, счетчики, дешифратор, сдвиговый регистр и накопительный сумматор, выход которого соединен со входом блока формирования синуса, введен блок элементов И, а блок управления состоит из элементов И, схемы сравнения и элемента задержки, вход которого является входом устройства и соединен с первым входом накопительного сумматора, второй вход которого связан с первым входом первого элемента И и подключен к выходу второго элемента И, выход которого соединен с первым выходом сдвигового регистра, вход которого соединен с первыми входами второго элемента И и первого счетчика и подключен к выходу третьего элемента И, входы которого соединены соответственно с выходами элемента задержки и схемы сравнения, входами подключенной соответственно к выходу первого счетчика и ко второму выходу сдвигового регистра, второй выход которого через первый дешифратор соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого через второй счетчик подключен к первому входу олока элементов И, выходом соединенного с третьим входом накопительного сумматора, второй вход второго элемента И подключен к третьему выходу сдвигового регистра, четвертый выход которого через второй дешифратор подсоединен ко второму входу блока элементов

И.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — схема блока управления.

Блок 3 содержит элементы И 10-12, схему 13 сравнения кодов и элемент 14 задержки и вырабатывает все необходимые сигналы управления.

Устройство раоотает следующим ооразом.

Параметры генерируемой матрицы тригонометрических коэффициентов (ТК), соответствующей алгоритму (2), задаются при помощи ряда управления слов, которые записываются в регистр 1, и слова размерности анализа, Управляющее слово (УС) содержит поле задания величины шага квантования по частоте, поле числа шагов данной величины, признак наличия информации в управляющем слове и признак конца столбца генерируемой матрицы P. Слово размерности анализа задает длину исследуемой последовательности N. Устройство воспроизводит матрицу тригонометрических коэффициентов по столбцам. Шаг квантования по частоте переменной и его величина задается кодом соответствующего поля УС через дешифратор 4 сигналом"2 ", где q = 0 — m. Количество исследуемых гармоник или количество строк в генерируемой матрице равно сумме кодов, содержащнхся в поле числа шагов всех УС, и задается признаком конца столбца Р, который заносится в последнее УС. Вычисление аргумента организовано так, что для получения следующего значения тригонометрического коэффициента в сумматоре 8 сохраняется предыдущий аргумент и к нему прибавляется код, содер>кащийся в счетчике 6, умноженный на величину текущего шага квантования по частоте "2 ". Для этого блока 7 возбуждается соответствующая труппа элементов, которая по сигналу "2 "" передает в сумматор 8 содержимое счетчика 6 со сдвигом на разрядов влево, что соответствует уменьшению на "2 ". После каждого обращения к устройству по сигналу в сумматор 8 сигналом "гСм" формируется очередное значение аргумента, а в счетчик 5 прибавляется единица ("+1"). Если вычислился последний TK с заданным шагом по частоте, происходит сравнение кода в счетчике 5 с кодом поля числа шагов УС и 3, по сигналу схемы 13 сравнения через элемент И 12 вырабатывает сигналы (" сброс Сч"), сброс счетчика 5 и сдвиг регистра 1, обеспечивая переключение на следующую величину шага квантования по частоте. Таким образом, после прихода импульса на выходе блока 9 находится соответствуюгцее значение тригонометрического коэффициента, При вычислении последнего в столбце матрицы ТК блок 3 по сигналу от схемы 13 сравнения и признаку конца столбца P через элементы И 11 и 12 вы

792 6!

5 рабатывает сигналы: "Сброс СМ", "Сброс Сч", "слов" и через элементы 10 сигнал "+2", которые подготавливают устройство K вычислению следующего столбца матрицы. Сигнал и

+2 задается дешифратором 2 в зависимости от содержимого слова" размерности аналиН за, причем определяется следующим выраже1о92 N «1о92 N> re 1 мс1кс максимальная длина последовательности, которая может подвергаться анализу, N> длина текущей последовательности.

В процессе работы устройства на сумматоре

8 хранится аргумент текущего ТК, который подается на блок 9, Точность вычисления значений функции синуса зависит от точности блока 9.

Рассмотренное устройство позволяет оперативно,программным путем изменить параметры

Фурье-анализа, выбирая их оптимальными в каждом конкретном случае.

Формула изобретения цифровое устройство для вычисления тригонометрических коэффициентов, содержащее блок управления, счетчики, дешифратор, сдвиговый регистр и накопительный сумматор, выход которого соединен со входом блока формирования синуса, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введен блок элементов И, а блок управле«п я состоит нз элементов И, схемы сравнения и элемента задержки, вход которого является входом устройства и соединен с первым входом накопительного сумматора, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента

И и подключен к выходу второго элемента И, выход которого соединен с первым выходом сдвигового регистра, вход которого соединен с первыми входами второго элемента И и пер О вого счетчика и подключен к выходу третьего элемента И, входы которого соединены соответственно с выходами элемента задержки и схемы сравнения, входы которой подключены соответственно к выходу первого сч:тчика и

И ко второму выходу сдвигового регистра, второй выход которого через первый дешифратор соединен со вторым входом первого элемента

И, выход которого через второй счетчик подключен к первому входу блока элементов И, эо выход которого соединен с третьим входом накопительного сумматора, второй вход второго элемента И подключен к третьему выхо; ду сдвигового регистра, четвертый выход которого через второй дешифратор подключен

2$ ко второму входу блока элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Труды Рязанского P/Т нн-та, вып. 39, 1972, с. 186.

2. Авторское свидетельство по заявке

Р 2506088/18-24, кл, G 06 F 15/34, 1977 (прототип) .

792261

Составитель И. Загорбинина

Техред М. Коштура Корректор М. Лемчик

Редактор М. Грузова

Подписное

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

Заказ 10136/49 Тираж 751

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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