Цифровое устройство для вычисления тригонометрических коэффициентов

Союз Сов етскикСоциапистическикРеспублик О П И с А Н И Е г 11792261ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСЗ 06 Р 15/20 до делам изебретеиий к открытий(088.8) Дата опубликования описания 30,12.80(71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт имени В. И. Ульянова (Ленина)(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВСк=Ак +Вк,(1) 1 О где к - номер гармоники, А и В - коэффициенты Фурье, которые определяются по формуле Бесселя; 15и Акф - к 2 (кк игсак - " к г в=о(2) М.1Вк= к ; й 1 рк( - к ) гг=о Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в анализаторах частотных характе. ристик случайных процессов и в других вычис.лительных устройствах, использующих алгоритм преобразования Фурье,5Для определения спектральной плотности слу. чайного процесса чаще всего используется дискретное преобразование Фурье х(Л т гг) - отсчет случайной величины,Для получения тригонометрических коэффи. цнентов (ТК) можно использовать устроиство, построенное, на базе запоминающего устройства ЗУ. В ЗУ хранятся значения полуволны синуса. В состав устройства также входит счетчик номе. ра 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 си. нусоидального сигнала, Считанное число передает. ся 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 квантованггя 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 моделирова"+См", Дедифратор 4 управляет включениемсоответствуюцей группы элементов И в олоке7 сигналом "2 г 1", Накапливаюдгий сумматор 85 соединен с блоком 9 формирования синуса,20 25 30 35 50 55 Устройство содержит сдвиговый регистр 1,который соединен с дешифратором 2, задающимразмерность анализа М, блоком 3 управленияи дешифратором 4, задающим величину шагаквантования ло частоге. Счетчик 5 числа шаговданной величины соединен с блоком 3, которыйвырабаплвает сигнал управления "+1" сбросдля счетчика 5, сдвиг для регистра 1 и соединенсо счетчиком 6 чисел, для которого вырабатывает сигнал "+2,Счетчик 6 через блок элементов И 7 соединенс накапливающим сумматором 8, который уп. ния функции, и устройство управления, состоящее иэ трех цепей последовательно соединенныхсчетчика и дешифратора, управляемых комби.национной схемой. Устройство позволяет за одинтакт обращения получить очередное значениеТК с переменным шагом по частоте 21.Недостатком этого устройства состоит вневозможности организации гибкого Фурье.анализа, так как параметры генерируемой матрицы ТК 1 М, К) жестко определены схемойустройства управления, т. е. большое время иэ.менения параметров анализа,Цель изобретения - повышение быстродейс.твия,Для этого в устройство, содержащее блокуправления, счетчики, дешифратор, сдвиговыйрегистр и накопительный сумматор, выход которого соединен со входом блока формированиясинуса, введен блок элементов И, а блок управления состоит из элементов И, схемы сравне.ния и элемента задержки, вход которого являет.ся входом устройства и соединен с первым вхо.дом накопительного сумматора, второй вход которого связан с первым входом первого элемента И и подключен к выходу второго элемента И,выход которого соединен с первым выходомсдвигового регистра, вход которого соединен спервыми входами второго элемента И и первогосчетчика и подключен к выходу третьего элемен.та И, входы которого соединены соответственнос выходами элемента задержки и схемы сравнения, входами подключенной соответственно квыходу первого счетчика и ко второму выходусдвигового регистра, второй выход которогочерез первый дешифратор соединен со вторымвходом первого элемента И, выход которогочерез второй счетчик подключен к первому входу блока элементов И, выходом соединенногос третьим входом накопительного сумматора,второй вход второго элемента И подключен ктретьему выходу сдвигового регистра, четвертыйвыход которого через второй дешифраторподсоединен ко второму входу блока элементовИ.На фиг. 1 изображена функциональная схемаустройства; на фиг. 2 - схема блока управления. Блок 3 содержит элементы И 10-12, схему 13сравнения кодов и элемент 14 задержки ивырабатывает все необходимые сигналы уп.равления. 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 признакконца столбца генерируемой матрицы Р, Словоразмерности анализа задает длину исследуемойпоследовательности М, Устройство воспроизводитматрицу тригонометрических коэффициентовпо столбцам, Шаг квантования по частоте пере.менной и его величина задается кодом соответствующего поля УС через дедифратор 4 сигналом"2 ", где ц = 0 - гп, Количество исследуемых гармоник или количество строк в генерируемой матрице равно сумме кодов, содержащнхся в поле числа шагов всех УС, и задаетсяпризнаком конца столбца Р, который заноситсяв последнее УС, Вычисление аргумента организовано так, что для получения следующегозначения тригонометрического коэффициентав сумматоре 8 сохраняется предыдущий аргу.мент и к нему прибавляется код, содеркащийся в счетчике 6, умноженный на величину текущего шага квантования по частоте "2 ", Дляэтого блока 7 возбуждается соответствующаятруппа элементов, которая по сигналу "2 г 1"передает в сумматор 8 содержимое счетчика 6со сдвигом на разрядов влево, что соответствует уменьшению на "2 ". После каждого обра.щения к устройству по сигналу в сумматор 8сигналом "+См" формируется очередное значение аргумента, а в счетчик 5 прибавляется единица ("+1"). Если вычислился последний ТКс заданным шагом по частоте, происходит сравнение кода в счетчике 5 с кодом поля числашагов УС и 3, по сигналу схемы 13 сравнениячерез элемент И 12 вырабатывает сигналы"сброс Сч"), сброс счетчика 5 и сдвиг регистра 1, обеспечивая переключение на следующуювеличину шага квантования по частоте. Такимобразом, после прихода импульса 3 на выходеблока 9 находится соответствуюгцее значениетригонометрического коэффициента, При вычислении последнего в столбце матрицы ТКблок 3 по сигналу от схемы 13 сравнения и приз.наку конца столбца Р через элементы И 11 и 12 вы"слов" и через элементы 10 сигнал +2",которые подготавливают устройство к вычислеию следующего столбца матрини, Сигнали и и+2 задается дещнфратором 2 в зависимости от содержимого слова" размерности анали.Нза, причем определяется следующим выражением; и =. 1 о 92 Ммехс 1 о 9 1 тгде 1 м смаксимальная длина последовательности, которая может подвергаться анализу, й - длинатекущей последовательности.В процессе работы устройства на сумматоре8 хранится аргумент текущего ТК, которыйподается на блок 9,Точность вычисления значений функции синуса зависит от точности блока 9.Рассмотренное устройство позволяет оперативно,программным путем изменить параметрыФурье-анализа, выбирая их оптимальными в каждом конкретном случае,Формула изобретения Цифровое устройство для вычисления тригоно. метрических коэффициентов, содержашее блок управления, счетчики, дешифратор, сдвиговый регистр и накопительный сумматор, выход которого соединен со входом блока формирова. ния синуса, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устрой ство введен блок элементов И, а блок управлепя состоит нз элементов И, схемы сравненияи элемента задержки, вход которого являетсявходом устройства и соединен с первым входомнакопительного сумматора, второй вход которого соединен с первым входом первого элементаИ и подключен к выходу второго элемента И,выход которого соединен с первым выходомсдвигового регистра, вход которого соединенс первыми входами второго злемета И и пер 10 вого счетчика и подключен к выходу третьегоэлемента И, входы которого соединены соответ.ственно с выходами элемента задержки и схемы сравнения, входы которой подключенысоответственно к выходу первого сч:тчика и15 ко второму выходу сдвигового регистра, второй выход которого через первый дешифраторсоединен со вторым входом первого элементаИ, выход которого через второй счетчик подключен к первому входу блока элементов И,20 выход которого соединен с третьим входомнакопительного сумматора, второй вход вто.рого элемента И подключен к третьему выхо;ду сдвигового регистра, четвертый выходкоторого через второй дешифратор подключен2 ко второму входу блока элементов И.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Труды Рязанского Р/Т нн-та, вып, 39,1972, с. 186,2, Авторское свидетельство по заявкеУ 2506088/18.24, кл, (3 06 Е 15/34, 1977792261 Составитель И, ЗагорбининаТехред М. Коштура Корректор М. Лемчик Редактор М. Грузова Подписное Заказ 10136/49 Тираж 751ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4