Функциональный преобразователь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено ЗОЛ 67 8 (21) 26 37 958/18-2 4с присоединением заявки Ио(51)М. Кл,з С 06 Р 15/353 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 15,0381(72) Авторы изобретения П.М,Чеголин, Н.В.Нечаев, Р.Х.Садыхов и В.С.Кончак ФИнститут технической кибернетики АН БелорусскОЙ СС 71) Заявите 54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в устройствах, предназначенных для кусочно-линейной аппроксимации произвольных Функций, заданных цифровым кодом ординат.Известен Функциональный преобразователь, работа которого основана на разложении Функций в ряд ФурьеУолша,. Он содержит генератор функций Уолша, блок двухпозиционных аналоговых переключателей, блок аналоговой памяти и операционный усилитель (1,Недостатком этого устройства является малое быстродействие и чизкая точность.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является функциональный преобразователь, в котором также осуществляется разложение аппроксимируеМой функции в ряд Уолша, В этом преобразователе помимо блока формирования скстемы функций Уолша содер" жатся блок мостовых переключателей, блоки памяти и инверторы,(2).Недостатком такого функционального преобразователя является низкая точность воспроизведения Функции при ее задании дискретными отсчетами. Цель изобретения - повышение точности функционального преобразователя.Поставленная цель достигаетсятем, что функциональный преобразователь, содержащий блок формированиясистемы интегральных Функций Уолша,содержит коммутатор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, первый и О второй коммутаторы, регистр сдвига,сумматоры-вычитатели, умножители исумматоры, причем первый выход коммутатора тактовых импульсов подключен к тактовому входу блока Форми рования системы интегральных функцийУолша, а второй выход - ко входусчетчика, выход которого подключенко входу дешифратора, а выход сигна.ла переполнения счетчика - к переклю 20 чающему входу коммутатора тактовыхимпульсов, 1-.ый выход дешифратора(1 С 10-Н) 0+1 - число интегральныхфункций Уолша) подключен к управляющему входу сложения 3-го сумматора вычитателя (Э 60+0) при Р (1, Э) ) О,и к.управляющему входу вычитания приР(1,3)СО, где Р(1,3) - элемент обратной матрицы преобразований в. базисе интегральных функций Уолша, 30 .13 - номера столбца и строки матри 813449цы, выходы дешифратора с первого по (И)"й подключены ко входу. Управления сднигом регистра сдвига, вход которого является информационным входом функционального преобразователя, а выход подключен ко входам сумматоров-вычитателей, выходы сумматоров-вычитателей подключены ко входам первого коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу номера функции Уолша блока формирования системы интегральных функций Уолша, а выход - к первым входам умножителей, выходы которых подключены ко входам соответствующих сумматоров, выходы сумматорон явЛяются выходами функционального преобразователя, выход аргумента и выход функции блока формирования системы интегральных функций Уолша подключены соотнетстненно к управляющему и информацибнному входам второго коммутатора, выходы которого подключены ко вторым входам соответствующих умножителей.На фиг,1 представлена структурная схема функционального преобразователя; на фиг,2 - первые четыре функции Уолша и соответствующие им интегральные функции Уолша.Функциональный преобразователь содержит блок 1 формирования системы интегральных функций Уолша, коммутатор 2 тактовых импульсов, счетчик 3, дешифратор 4, коммутатор 5, регистр б сдвига, сумматоры-нычитатели 7, коммутатор 8, умножители 9, сумматоры 10, выход 11 аргумента, выход 12 номера функции Уолша, выход 13 функции Уолша блока формирования системы интегральных функций Уолша, тактовый вход 14, информационный вход 15, выходы 16 преобразователя.Разложение сигнала в системе интегральных функций Уолша Р(1,1) можно представить в видеЙ(1) = Е С Р(1,1) (1)где Р (1+1, 15 = Ъа 1 (1,с ) дС(04 сТ) 71=0 1,2 7 Р(О,) =1;Ха 1(1,т,) в . функции Уолша (2)С =-ф Ю Й(т.) 7 а 1 (1, 1) 1 - коэффициенты разложения, (3)Поскольку Иа 1 (1,1)-последовательность дельта-Функций с переменнымизнаками и амплитудами веса 2 (заисключением конечных точек, гдеамгапитуды с весом 1), интеграл в выражении (3) представляет линейнуюкомбинацию выборок й(1), Таким образом, для определения коэффициентовС из (1) необходимо выбрать сигналЕ в точках О, Т, и М 3 Т, гдееЖ 1,2,2 1,3=1 од М - целое число;Б - число интегральныхфункций Уолша, используемых для разложенияфункции й, В матричной форме уравнение (1)запишется следующим образомГ= сР, (4)где Р - нектор-строка аппроксимируемой функции;вектор-строка коэффициентонразложения;Р - квадратная матрица размерностью (77+1) х (И+1),Тогда уравнение (3) в матричнойформе запишется какС=РТгде Р - матрица, обратная матрице Р,5 30Таким образом, задача определения коэффициентов с разложенияй(1) в ряд интегральных функцийУолша сводится к отысканию обратной матрицы Р , котораялегко получается согласно уравнению(3) как последовательность дельтафункций с переменными знаками и амплитудами веса 2 в точках К 2 Т,веса 1 в точках О. и Т,При 2=Т обратная матрица имеетнид 15 20 1 - 1 -1 -1 - 1 0 О О О 0 О О 1 О 2 О - 1 2 О - 2 1 2 -2 2 - 1Р 65 поступающих на вход блока 1 и взятое Работа преобразователя осуществляется в два этапа.На первом этапе вычисляются коэффициенты разложения С,. Тактовыеимпульсы через коммутатор 2 поступают на нход счетчика 3, Блок 1 нефункционирует. Процедура вычисленийразворачивается по столбцам матрицыР . Каждый тактовый импульс соответствует приращению номера столбца матрицы на единицу, причем номер 40 столбца фиксируется счетчиком 3 идешифратором 4, Каждому столбцу соответствует отсчет входной функцииЙ на входе 15, Отсчеты соответствующие столбцам с первого по 77-1 45 (на Фиг.1 столбцы 1,2 и 3), умножаются на два путем сдвига на одиндвоичный разряд в регистре б сдвига. В сумматорах-вычитателях 7 формируются текущие суммы для коэффищ циентов С в соответствии с матрицей Р . После И+1 тактов переборстолбцов завершается и в сумматорахвычитателях 7 фиксируются коэффициенты С. При этом сигнал переполне ния счетчика 3 осуществляет переключение тактовых импульсов черезкоммутатор 2 на вход блока 1 формирования системы интегральных функций Уолша, тем самым обеспечиваяначало второго этапа вычислений.60 На втором этапе формируются отсчеты выходной функции, число которых И может быть больше числа входных отсчетов 77+1 (77 /77=2 , к - целоекчисло), Число тактовых импульсов,по модулю Иопределяет аргументфункции, фиксируемый на выходе 11.При каждом обнулении аргумента происходит наращивание номера функцииУолша на выходе 12, Вычнсление выходных отсчетов функции Й осуществляется в соответствии с матрицейР, По заданному номеру функции Уолша коммутатор 8 подключает выходблока, хранящего соответствующийкоэффициент разложения С, ко входам умножителей 9. Коммутатор 5 ,0подключает выход 13 функции Уолша квходу того из умножителей 9, который соответствует текущему дискретному значению аргумента. В результате только на этом умножителе в 1данном такте Формируется произведение Р С , в общем случае отличноеот нуля, которое добавляется ктекущей сумме, накапливаемой в сумматоре 10. После И циклов вычислений, Щкаждый иэ которых состоит кз Втактов, второй этап вычислений завершается. Результат вычислений представляет собой линейную интерполяциювходной функции, что обеспечиваетвысокую точность преобразования. формула изобретенияФункциональный преобразователь, ЗО содержащий блок формирования системы интегральных Функций Уолша, о т - .л и ч а ю щ и й с. я тем, что, с целью повышения точности преобразования, он содержит коммутатор так- И товых импульсов, счетчик, дешифратор, первый и второй коммутаторы, регистр сдвига, сумматоры-вычитатели, умножителн и сумматоры, причем первый выход коммутатора тактовых импульсов подключен к тактовому входу блока Формирования системыинтегральных Функций Уолша, а второй выходко входу счетчика, выход которого подключен ко входу дешифратора, а выход сигнала переполнения счетчика - к переключающему входу коммута"тора тактовых импульсов,1-ый выходдешифратора (1 Е 0-:М), 0+1 - числоинтегральных функций Уолша) подключен к управляющему входу сложения3-го сумматора-вычитателя (3 Е 10-И) при Р(1,3).50, и к управляющемувходу вычитания при Р(1,Э)0, гдеР(1,3 - элемент обратной матрицыпреобразований в базисе интегральных функций Уолша, 1,3 -. номерастолбца и строки матрицы, выходыдешифратора с первого по (В)-йподключены ко входу. управления сдвигом регистра сдвига, вход которогоявляется информационным входом функционального преобразователя, а выход подключен ко входам сумматороввычитателей, выходы которых подключены ко входам первого коммутатора,управляющий вход которого подключен к выходу номера функции Уолшаблока формирования системы интегральных функций Уолша, а выход - кпервым входам умножителей, выходыкоторых подключены ко входам соответствующих сумматоров, выходы сум"маторов являются выходами Функционального преобразователя, выход аргумента и выход функции блока Формирования системы интегральных функцийУолша подключены соответственно куправляющему и информационному входам второго коммутатора, выходы которого подключены ко вторым входамсоответствующих умножителей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Хоницкий Я.М., Цапенко М.П.Цифроаналоговые преобразователи,основанные на разложении фурье-Уолша,-фАвтометрия, фНаукаеф, 1972,9 4, с.97-104.2. Авторское свидетельство СССРМ 561194, кл, 6 ОЬ 0 7/26 1974813449ВНИИПИ , Эакаэ 775/6 , Тираж 745 Подписно Филиал ППП фПатент", г,Ужгород,ул.Проектная