Устройство для вычисления коэффициентов фурье

40 1 129035Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для определения коэффициентов дискретного преобразования Фурье при работе в реальном масштабе времени.Целью изобретения является упрощение устройства.На фиг.1 приведена схема устройства; на.фиг,2 - блок-схема аналого цифрового преобразователя; на фиг,З преобразователя кодов.Устройство (фиг.1) содержит триггер 1, генератор 2 тактовых импульсов, элемент И 3, счетчик 4, первый 15 5 и второй 5, блоки памяти, аналогоцифровой преобразователь 6, первый 7, и второй 7 мультиплексоры, первый 8 и второй 8, накапливающие сумматоры, информационный вход 9 уст ройства, вход 10 запуска устройства, выход 11 окончания вычислений, выход мнимой 12 и действительной 13 частей результата соответственно.Аналого-цифровой преобразователь25 (инкрементного типа) содержит вычитатель 14, нуль-орган 15, пороговый блок 16, преобразователь 17 кодов, накапливающий сумматор 18, цифроаналоговый преобразователь 19 и шифратор 20, тактовый вход 21, вход 22 начальной установки аналого-цифрового преобразователя, выход 23 приращений, знаковый выход 24 приращений.35Преобразователь кодов (Фиг.З) содержит группу элементов И 25 груп-. пу триггеров 26, и группу элементов НЕ 27Предлагаемое устройство работает следующим образом.По сигналу, поступающему на вход 1 О запуска устройства, осуществляется установка в начальное состояние счетчика 4, аналого-цифрового преобразователя 6, первого 8, и второго 8 накапливающих сумматоров и перейключение триггера 1 в единичное состояние, По этому сигналу импульсы с выхода генератора 2 тактовых импуль 50 сов через элемент И 3 поступают.на счетный вход счетчика 4, тактовые входы блоков 5, и 5, памяти, накапливающих сумматоров 8, и 8 и анало- го-цифрового преобразователя 6.Аналого-циФровой преобразователь 6 осуществляет преобразование входного сигнала х(г) из аналоговой 1 2Формы в дискретную с частотой дискретизации, равной частоте генератора 2 тактовых импульсов. С выходаприращений аналого-цифрового преобразователя 6 снимаются значения приращений входного сигнала х(г.) заодин такт работы устройства, Абсолютное значение приращения входного сигнала ах. равно целой степени двойки,т,е. 2 ", где ш = 1,г, а г - длинадвоичного кода приращения вх Знакприращения определяется сигналом назнаковом выходе приращений аналогоцифрового преобразователя 6. Значение сигнала 0 на знаковом выходеприращений соответствует положительному приращению ьх, сигнала х(1), а1 - отрицательному,Аналого-цифровой преобразователь(инкрементного типа) работает следующим образом.Сигналом "Запуск" по входу 22осуществляется сброс в "0" накапливающего сумматора 18. На вход 9 подается аналоговый сигнал, на вход21 - тактовые импульсы. Вычитатель14 определяет разность между входным напряжением по входу 9 и напряжением обратной связи с выхода цифроаналогового преобразователя 19,которая прикладывается ко входунуль-органа 15 и входам пороговогоблока 16. Знакочувствительный пороговый блок 16 срабатывает придостижении рапряжением разности зна чений порогов (например, по двоичному закону: 1, 2, 4, .., 2условных единиц, где г - длина кода приращения). Преобразователь 7 в моменты времени, определяемые тактовЫмиимпульсами с входа 21, выделяет старший по весу пороговый элемент 16из числа сработавших. Нуль-орган 15в те же моменты времени определяетзнак напряжения разности, которая поступает на знаковый выход 24 приращения аналого-цифрового преобразователя и на управляющий вход накапливающего сумматора 18. Коды с выхода преобразователя 17 представляют .собой п 1 риращения входного сигнала,округленные до значения кратного целой степени двойки, т.е, представляют собой одну единицу в соответствующем раз;ряде кода (позиционный код),Коды с выхода преобразователя 17поступают через кодирующий элемент 20на выход 23 приращений аналого-циф з 1290351рового преобразователя. Шифратор 20предназначен для определения номераразряда, содержащего единицу. Кодзнака напряжения разности с выходануль-органа 15 настраивает накапливающий сумматор 18 по управляющемувходу на выполнение операции Сложение" и, 11 Вычитание", В моментывремени,определяемые тактовыми импульсами,накапливающий сумматор 18 добавляет к своему содержимому или вычитает иэ него единицу соответствующегоразряда, поступившую с преобразователя 17.Частота следования тактовых импульсов, поступающих на тактовыйвход 22 аналого-цифрового преобразователя, равна частоте дискретизациивходного сигнала х(г). С этой же частотой из блоков памяти 5 и 5 по 20адресам, равным содержимому счетчика 4, осуществляется выборка заранееподготовленных сумм значений базисных функций, необходимых для вычисления коэффициентов ДПф. Выходы 25первого 5 1 и второго 5 блоков памяти подключены соответственно черезпервый 7, и второй 7 мультиплексоры ко входам первого 8 и второго8 накапливающих сумматоров.30Если на знаковом выходе приращений аналого-цифрового преобразователя6 значение "0", что соответствуетположительному приращению входногосигнала х(Г), то содержимое выбранных ячеек блоков памяти 5 и 5,поступающее в накапливающие сумматоры 8, и 8 через мультиплексоры 7, и7 , складывается с содержимым этиход 1же сумматоров. 40Подключение выходов блоков памяти 5 и 5 ко входам накапливающих3сумматоров 8, и 8 через мультиплексоры 7 и 7 обеспечивает реали1 фзацию операции сдвига содержимого 45ячеек первого 5, и второго 5 блоковА(3 д) сх ХСОя ( д Г 3) =Х, СОя О+ХКвО=дх, С, +ьх, С, + дх С++дх памяти на величину приращения по модулю, кратную целой степени двойки.По достижении заданного числа отсчетов И, равного целой степени двойки, на выходе переполнения счетчика 4 появляется сигнал, свидетельствующий о том, что в накапливающих сумматорах 8, и 8) накоплено истинное значение мнимой и действительной частей результата. Разрядность накапливающих сумматоров 8, и 8 равна 2 г.Алгоритм работы устройства заключается в следующем.За один такт работы устройства приращение входного сигнала х(г) равно-313дх =х. -х. = яхромх(г) - х 123-1где ш = 1,г, а г - длина двоичногокода приращенияЬхх., х. - отсчеты исследуемого сигнала х(г)Коэффициенты ДПФ вычисляются поформуламН А(ц) = х сов (1 с ь г з ),Кхай Вбд) = х я.п(1 с дГ 1),КхОгде с=0,1,2 (И) - номер отсчета входного сигналах(г)ьг=Т/И - интервал дискретиэации;3=211/Т - частота исследуемойгармоники;Т - период исследуемойгармоники.учитывая, что хк хк.1 + ьхк+,3 ьх и х =ьх , получим для вы 1 х 1числения А(сй) следующее соотношение:сов ( ьг. и) ) +х, сов (2 ьг и) +О+( ьх + ьх ) соз (1 ьГ 3 д +5 1290351 6СОЯ (1 Л 1 О +е е+ СОЯ 1, (11-1) Л Т сд) - СОЯ фр Ь 2 сд) ) О,К,:О Н ь сдэ) +соя(2 ьТ р . соя(11-1) дТ оз)= соя(1 с, ь р,где С, =соя О + С=соя (1 К,в 1 Н ся. = (сов Нк) дс ц 1) е сов ( (ю) дс о) = сов (к дс цв ),К)4.2 с НС, = соя ( (М) дг. о) 3Аналогично и) для В(сд выполняются следующие вычисления;В(Сд) ЬХ, Б, +ЬХ, Б, + дХ 8 ЬХ Б, +е+ Ь ХБ,гпе Б, =1 ндп 0 + ядп 11 де ц 1 ) евдо с 2 дс ц 1 ) + евдо Г (е) д с цц)1=ря 1 п (1 ср ьС о) = О,КряОН Б, =)ВДП 11 С ЦР)ЕЯДПЦС 2 ДС ц 1)ЕНДП 13 ДС Ц 1)ЕЕВ 1 ПЦС 111-1) ДС Ц=с ЯДП 1)С ДСЦ,К,п 1Б =яп (2 дно) )+ Я 1 п (3 ьс 121) + ядп (4 десна) + +Ядп (И) деН ц 1)1=2 ядп 1 д, дС ц 1 ),К)с 2 Зк, = (яп (11-2) ЛЕ 3+ ядпядп = яз.п 1. (Б) ЛСд 3Таким образом, в блоках памяти5, и 5 записаны значения сумм 8; иС; соответственно для всех значений1 = О,И. Формула изобретения 1, Устройство для вычисления коэффициентов Фурье, содержащее триггер, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к тактовым входам, первого и второго накапливающих сум" маторов и счетному входу счетчика, выход переноса которого является выходом окончания вычислений устрой ства и подключен к входу установки в ноль триггера, вход установки в ,единицу которого соединен с установочными входами счетчика, первого и второго накапливающих сумматоров и является входом запуска устройства, второй вход элемента И подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выходы первого и второго накапливающих сумматоров являются выходами соответственно реальной и мнимой частей результата устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит два блока постоянной памяти, два мультиплексора, пороговый блок, преобразователь кодов,)в)-1 с 1 к) д с цв)1 =2 вдп Ос дс ц 1 ),К . еюм21-тнуль-орган, вычитатель, третий накапливан)щий сумматор, цифроаналоговый преобразователь и шифратор, выход ЗО которого подключен к управляющимвходам первого и второго мультиплексоров, выходы которых подключены к информационным входам соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, знаковые входы которых объединены с знаковым входом третьего накапливающего сумматора и подключены к выходу нуль-органа, вход которого объединен с входом 4 О порогового блока и подключен к выходу вычитателя, первый вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу третьего накапливают щего сумматора, информационный вход которого соединен с входом шифратора и подключен к выходу преобразователя кодов, информационный вход которого подключен к выходу порогового блока, информационный выход счетчика подключен к адресным входам первого и второго блоков постоянной памяти, выходы которых подключены к информационным входам соответственно первого и второго мультиплексоров, выход элемента И подключен к управляющим входам первого и второго блоков постоянной памяти и тактовым входам преобразователя кодов и третьего на 1290351капливающего сумматора, установочный вход которого подключен к входу запуска устройства, информационным входом которого является второй вход вычитателя. 5 2. Устройство по п.1., о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь кодов содержит М (М - разрядность кодов) элементов НЕ, М триггеров и М элементов И, причем выход ь-го (д = 1,М) элемента НЕ подключен к первому установочному входу д-го триггера, прямой выход которого подключен к перво 8му входу д-го элемента И, инверсный выход 1-го Ц = 1,М) триггера подключен к второму входу Ц+1)- го элемента И, а второй установочный вход д-го триггера соединен с входом -го элемента И, третьи входы всех элементов И соединены.с вторым входом первого элемента И и являются тактовым входом преобразователя, выходы всех элементов И объединены и являются выходом преобразователя, вторые установочные входы всех триггеров объединены и являются информационным входом преобразователя.1290351 Барано орректор А,Тяско аз 7904/48 Тираж 673 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва )11-35 РаодписноеР изводственно"полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул Составител едактор Ю.Петрушко Техред Л.Се