Анализатор спектров

1023341 которых соединены с выходами соот-ветственно первого и второго блоков;постоянной памяти, третьи входы первого и второго коммутаторов соединены с выходами соответственно вто"рого и третьего блоков оперативнойпамяти, четвертые,входр первого ивторого коммутаторов соединены с выходами соответственно первого блока.оперативной памяти и первого регистра, управляющие входы коммутаторовсоединены с восьмым выходом регистрамикрокоманд и объединены с входамипервого и второго элементов И, выходы первого и второго коммутаторовсоединены с информационными входамисоответственно первого и второгосдвигателей, входы числа сдвиговкоторых соединены с седьмым выходомрегистра микрокоманд, выходы первогои второго сдвигателей соединены спервыми информационными входами соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей, вторые информационные входы которых соединены свыходами соответственно второго итретьего регистров, выходы знаковогоразряда результаты первого и второгосумматоров-вычитателей соединены свходами соответственно первого ивторого регистров сдвига, исполнительные входы которых соединены соответственно с пятым и шестым выхо"дами формирователя управлявших импульсов, седьмой выход которого соединен с входами. записи четвертогои пятого регистров, а шестой, седьмой, восьмой входы Формирователяуправляющих импульсов соединены с .девятым, десятым и одиннадцатым выходом регистра микрокоманд, двенад Изобретение относится к средствам цифровой вычислительной техники, предназначено для получения : амплитудного и Фазового спектра Фурье на скользящем отрезке времени и может использоваться при, решении задач первичной обработки низкочастотных дискретных сигналов.Известно устройство длявыпол" нения прямого преобразования Фурье, осуществляющее вычисление комплексного спектра между вводом отдельных дискретных значений преобразующего сигнала. Это устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, три блока памяти, предназначенных для накопления исходных отсчетов и хранения синусной и коцатый и тринадцатый выходы которогосоединены с первыми входами соответственно первого и второго формирователей адреса, выход переполнения второго формирователя адресасоединен с входом установки единицыпервого триггера блокировки, а .вы-.ход переполнения первого счетчикасоединен с входом установки единицывторого триггера блокировки, входыустановки нуля обоих триггеров блокировки соединены с первым управляющим входом устройства, выходы первогои второго триггеров блокировки соединены с блокирующими входами соответственно первого и второго элементовИ, выход второго элемента И соединенс входом .записи"считывания второго итретьего блоков оперативной памяти,выход первого элемента.И соединенс входом записи-считывания первогоблока оперативной памяти, при этоминформационные входы четвертого ипятого регистров соединены с информационными входами соответственнотретьего и второго регистров, выходыпервого и последнегоразрядов пер"вого и второго регистров сдвигасоединены соответственно с пеговым,вторым, третьим и четвертым входамиблока формирования кода операций, Пятый вход которого соединен с четырнадцатым выходом регистра микрокоманд, а первый и второй выходыблока формирования кода операций соединены с кодовыми входами соответственно первого и второго сумматоров"вычитателей, кроме того, выходпервого счетчика соединен с вторыМивходами Формирователей адреса и пятымвходом Формирователя кода операций. синусной компонент спектра, умно- жителЬ и сумматор комплексных чисел 1.Наиболее близким к предлагаемому является анализатор спектра, который после каждой новой выборки дискретного значения преобразуемого исходного сигнала обновляет коэффициенты Фурье. Составляющие части элементы) этого устройства представлены двумя группами.Первая группа содержит первый . регистр.информационный вход которого является информационным входом устройства, выход первого регистра, соединен с информационным входом первого блока оперативной памяти, адресный вход которого соединен свыходом первого. счетчика, второй итретий блоки оперативной памятиФинформационные входы которых соеди"нены с выходами соответственно второго и третьего .регистров, адресныевходы - с первым выходом соответственно первого и второго формирователей адреса, вторые выходы которыхсоединены со входами соответствен-.но первого и второго блоков постоянной памяти, первый и второй сумматорвычитатель, выходы которых соединеныс информационными входами соответственно второго и третьего регистров,второй счетчик, соединенный выходомс третьим блоком постоянной памяти, 15выход которого соединен с регистроммикрокоманд, первый выход которогосоединенс первым входом установкинуля второго счетчика, вход записирегистра микрокоманд соединен содсчетным входом второго счетчика и спервым выходом генератора рабочих частот, второй выход которого соединенс первым входом Фбрмирователя управляющих импульсов, второй, третий,четвертый.и пятый входы которого соединены с соответствующими выходамирегистра микрокоманд, первый выход ф Формирователя управляющих импульсовсоединен с исполнительным входомпервого блока оперативной памяти,второй выход - со входами записи второго и третьего регистров третий.выход - с исполнительными входами.первого и второго формирователей адреса, четвертый выход - с исполни- З 5тельными входами второго и третьегоблоков оперативной памяти, при этомпервый управляющий вход устройствасоединен с входом установки нуляпервого счетчика и со вторым входом 40установки нуля второго счетчика,второй управляющий вход устройствасоединен со входом записи первогорегистра, со счетным входом первогосчетчика и входом запуска генератора 45рабочих частот, выход третьего регистра является информационным выходом устройства, а шестой выход регистра микрокоманд - выходом сопровождения информации. Вторая группа содержит два сумматора-вычитателя и четыре умножителя, . выход первого умножителя соединен с первым входом первого сумматоравычитателя, выход второго - с вторым входом того же сумматора-вычитателя, выходы третьего и четвертого - соот-, ветственно с первым и вторым входами второго сумматора-вычитателя, выход первого блока постоянной памяти 60 соединен с первыми входами первого и четвертого умножителей, выход второго блока постоянной памяти - с первыми входами второго и третьего умножителей, вторые входы первого и 5 третьего умножителей соединены с выходом третьего сумматора-вычитателя,первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого блока оперативной памяти и четвертого сумматора-вычитателя, первыйи второй входы последнего в свою очередь соединены с выходами соответственно первого блока оперативнойпамяти и первого регистра, при этомвыход второго регистра является вторым информационным выходом устройства 21. Известные устройства характеризу: ются невозможностью получать с их помощью амплитудный и фазовый спектры, проводить весовую обработку и сложностью. Кроме того, устройства ограничиваются вычислением только комплексного спектра Фурье хотя для многих приложений требуется выполнять весь комплекс вычислений.Целью изобретения является упрощение устройства и расширение Функциональных возможностей за счет вы-, числения амплитудного и фазового спектра и весовой обработки.Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектров, содержащий первый регистр, информационный вход которого является информационным входом устройства, выход первого регистра соединен с информационным входом первого блока оперативной памяти, адресный вход которого соединен с выходом первого счетчика, второй и третий блоки оперативной памяти, информационные входы которых соединены с выходами соответственно второго и третьего регистров, адресные входы втоцого и третьего блоков оперативной памяти соединены с первыми выходами соответственно первого и второго формирователей адреса, вторые выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго блоков постоянной памяти, первый и второй сумматоры-вычитатели, выходы которых соединены с информационными входами соответственно второго и третьего регистров, второй счетчик, выход которого соединен с входом третьего блока постоянной памяти, выход которого соединен со входом регистра микрокоманд, Первый выход которого соединен с первым входом установки нуля второго счетчика, вход записи регистра микрокоманд соединен со счетным входом второго счетчика и с первым выходом генератора рабочих частот, второй выход которого соединен с первым входом формирователя управляющих импульсов, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с вторым, треть 5 1023 им, четвертым и пятым, выходами регистра микрокоманд, первый выход формирователя управляющих импульсов соединен с исполнительным входом пер" вого блока оперативной памяти, второй выход Формирователя управляющих импульсов соединен с входами записи второго и третьего регистров, третий .выход формирователя управляющих импульсов соединен с исполнительными входами первого и второго формиро вателей адреса, четвертый выход фор- . мирователя управляющих импульсов соединен с исполнительными входами второго и третьего блоков оперативной памяти, при этом первый управ ляющнй вход устройства соединен с входом установки нуля первого счетчика и с вторым входом установки нуля второго счетчика, второй управляющий вход устройства соединен 20 с входом записи первого регистра, со счетным входом первого счетчика и входом запуска генератора рабочих частот, выход третьего регистра является информационным выходом уст ройства, а шестой выход регистра микрокоманд является, Выходом сопровождения информации, введены два сдвигателя, два коммутатора, два регистра сдвига, два триггера бло кировки, два элемента И, блок Фор.мирования кода операций, четвертый . и пятый регистры, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго кОмму таторов, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго блоков постоянной памяти, третьи входы первого и второго коммутаторов соединены с выходами, соответственно второго и третьего блоков оперативной памяти, четвертыевходыпервого и второго коммутаторов соединены с выходами соответственно первого блока оперативной памяти и первого регистра, управляющие входы 45. коммутаторов соединены с восьми выходами регистра микрокоманд и обаединены с входами первого и второго элементов И, .выходы первого и второ-. го коммутаторов соединены с информационными входами соответственно первого и второго сдвигателей, входы числа сдвигов которых соединены,с седьмым выходом регистра микрокоманд, выходы первого и второго сдвигателей соединены с первыми информационными входами соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей, вторые информационные входы которых соединены с выходами соответственно .60 второго и третьего регистров, выхо- . ды знакового разряда результата первого и второго сумматоров-вычитателейсоединены с входами соответственнопервого и второго регистров сдвига, Я 341исполнительные входы которых соеди= иены соответственно с пятым и шестым выходами формирователя управляющих импульсов, седьмой выход которого соединен с входами записи четвертого и пятого регистров, а шестой, седа" мой, восьмой входы формирователя управляющих импульсов соединены с девятым, десятым и одиннадцатым выходом регистрамикрокоманд, двенадцатый. и тринадцатый выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго формирователей адреса, выход переполнения второго Формирователя адреса, соединен с входом установки единицы первого триггера блокировки, а выход переполнения первого счетчика соединен с входом установки единицы второго триггера блокировки,. входы установки нуля обоих триггеров блокировки соединены с первым управляющим входом устройства, выходы первогои второго триггеров блокиров.ки соединены с блокирующими входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго элемента И соединен с входом записи - считывания. второго и третьего блоков оперативной памяти, выход первого эле-мента И соединен с входом запйсисчитывания первого блока оперативной .памятипри этом информационные входы четвертого и пятого регистров соединены с информационными входами соответственно третьего и второго регистров, выходы первого и последнего разрядов первого и второго регистров сдвига соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока Формирования кода операций,пятый вход которого соединен с четырнадцатым выходом регистра макрокоманд, а первый и второй выходы блока Формирования кода операций соединены с кодовыми входами соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей, кроме того выход первого счетчика соединен со вторыми входами Формирователей адреса и с шестым входом формирователя кода ойераций.На чертенке представлен анализатор, спектров.Анализатор состоит из блоков постоянной памяти 1-3,регистра микро" команд 4, счетчиков 5 и 6, Формирователей адреса 7 и 8, генератора рабочих частот 9, формирователя управляющих импульсов 10, элементов И 11 12,триггеров блокировки 13 и 14, регистров 15, 19, блоков оперативной памяти 20 - 22, сдвигателей 23 и 24, коммутаторов 25 и 26, регистров сдвига 27 и 28; сумматоров-вычитателей 29 и 30, блока формирования кода операций 31, информационного входа устройства 32, управляющих входов устройства 33 и 34, информационного выхода устройства 35, выхода сопровождения информации 36,входов установки нуля 37, 41, входов установки единицы 42 и 43, управляющих входов коммутаторов 44,блокирующих входов элементов И 45,входов элементов И 46, выходов элементов И 47, входов эайиси-считывания 48 и 49, исполнительных входов50 - 53, выходов переполнения 54.и 55, выхода первых разрядов сдвигающих регистров 56 и 57, выходов пос-.ледних разрядов регистров сдвига58 и 59, кодовых входов сумматороввычитателей 60 и 61, выходов блокаФормирования кода операции 62 и 63,кодового входа блока Формированиякода операций 64, входа запуска65, входа записи 66, 20Анализатор .спектров представляетсобой специализированное вычислительное устройство с микропрограмм-.ным управлением, ориентированное навыполнение следующей совокупностизадач первичной спектральной обработки.Накопление и хранение И текущихзначений дискретного действительного входного сигнала х(п-) ),х(п), ЗОх(ц"К ) в блоке оперативной памяти21, где й - текущий отсчет време- .ни+Хранение иобновление Й/2 комплекс-ных значений дискретного преобраэова- эния ФурьеДПФ) Х (0),Хм И) Хи МИ)5в блоках оперативной памяти 20 и 21.1 аюввеЗначенияХиЯр 0 фй-)вязаны согвходными значениями вхадного сигнала 4соотношениямиХ О)=1 Мч-МЕкр (;) - Ь-Ю) (=0-йи:и. на основе которого работает известный аналог. 45Значение ДПФ после полученияпо информационному входу 32 в регистр15 нового значения Х(и)обновляет Хп(1)по известной рекуррентной формулеХ Ц)=Х(ЯХЬ)-х(ь-м)3 ЕхР - -- Оф:4Проведение весовой обработки вход-.ной послещвательности с помощью окна Хэмиинга"уущ(ф)05+05 ЫЙ( 11 ),Ф:Ой,что осуществляется в спектральнойобласти над совокупностью хранимых брв блоках оперативной памяти коэФфицщщтов Фурье по форщщХ(фОЯ ХЦ)+Ойб Х).Х+Бю, О,ф; . 65 при этом применяется:Хи(-1)=Х, (Э, Х+(н 12)=Х +(н И-й), исходя из свойств спектра действительного сигналаНад Х( )(1)проводится оПерация выделения модуля и Фазы с помощью Волдеровских процедур, При этом те" кушая фаза вследствие с принятым преобразованием Фурье вычисляется с известной методической ошибкой, связанной с периодическим смещением базисных Функций (см. аналог) что. не мешает однако дальнейшему использованию Фазового спектра в большинстве приложений.Возможность реализовать в одном специализированном устройстве, практически, всех задач спектральной обработки удается без применения умножителей, что существенно. уменьшает оборудование. Все возникакицие операции умножения выполняются с помощью сдвигателей и сумматоров. Эти же блоки используются и при вычислении модуля и арГумента комплексных чисел с привлечением Волдеровс+ кой процедуры вычисления Функций: 14 к,х, 1,хр,Я В 01 сф , ) 1)е "ьч(")Анализатор спектров работает следующим образом.Все устройство включает Функциональную часть иуправляющую часть. В Функциональную часть входят регистры, счетчик, блоки памяти, сдвигатели, сумматоры-вычитатели, коюутаторы, блоки Формирования адресЬ и кодов операций.В управлякицую часть входят блок постоянной памяти., где хранятся микрокоманды, счетчик адреса, регистр микрокоманд, генератор рабочих час.тот и формирователь управляющих импульсов. Сюда же входят два триггера блокировки и вентильные схемы,В начале работы устройства, после. его включения, подается сигнал по управляющему входу 33, который устанавливает в ноль счетчики 5; б и триггеры .блокировки 13 и 14.Устройство работает цикличЕски. В каждом цикле выполняется вся последовательность перечисленных алгоритмов. За начало. цикла принимается сигнал по управляющему входу 34, по которому происходит запись нового дискретного значения.Х(и), поступаю" щего.по информационному входу устройства 32 в регистр 15. Далее увеличивается значение счетчикаб на еди-. ницу, и по входу запуска 65 включает" ея генератор рабочих частот 9.В самом начале работы устройства на входах счетчика б действуют сигнал установки нуля 40 и сигналпо счетному входу счетчика. Счетчйк в этом случае устанавливается в нуль и не реагирует на сигнал со счетного входа.В процессе работы устройства последовательно изменяется содержимое счетчика 5 и из блока постоянной памяти 1 в регистр микрокоманд 4 переписываются очередные микрокоманды, Отдельные. выходы регистра микрокоманд.4 непосредственно доносят до 10 функциональных частей управляющие коды шкоды операций в сумматоры-вычитатели, число сдвигов, коды коммутаторов, коды формирователей адресов. другие выходы регистра 4 уп равляют отдельными выходами формирователя управляющих импульсов 10, который представляет собой набор элементовИ, которые пропускают, либо не пропускают соответствующие им О пульсные сигналы с выходов генерато-. ра рабочих частот. С помощью импуль" сов, пропускаемых на нужные выходы формирователя управляющих сигналов, осуществляется запись в регистры 16-19, исполнение записи считывания в блоках оперативной памяти, изменение адресов формирователей адреса 7 н 8, сдвиг информации в регистрах 27 и 28.30Блок оперативной памяти 21 хранит , И текущих значений входных отсчетов, записывая новое значение на самое старое в этих Й отсчетах, т.е. Ую на место Хй-И). Это осуществляется 35 цикличным изменением адреса, который формируется. счетчиком б. На И периодов работы устройства до первого . переполнения счетчика считывание информации иэ блока оперативной памя О ти 21 осуществлять нельзя, в него только можно записывать. Это обеспе,чивается подачей на вход запись-считывание блока оперативной памяти ,только низкого уровня (код записи с 45 выхода элемента И 11, ввиду присутствия на одном из ее входов низкого запрещающего сигнала с выхода триггера блокировки 13. Как только послед циклов работы счетчик 6 переполнится, триггер установится в единичное состояние и элемент И 11 открывается. Код считываниявысокий уровень элемента 11) образуется в случае, когда на управляющем входе коммутатора установлен номер входа, куда подключен выход блока оперативной памяти 21, например, номер один. В этом случае, всегда, когда в первом разряде номеравхода коммутатора единица .и этот разряд под- бО ключен к входу элемента И 11,можно производить считывание из блока ьперативной памяти 21. Блокировка считывания из этой памяти необходима на М периодов, ввиду того, что пос ле включения питания в ней хранится ложная информация.Формирователи адреса 7 и 8 для блоков оперативной памяти 20 и 21 представляют иэ себя постоянную память, подключенную к установочным входам счетчиков адреса. Можно либосчитать из постоянной памяти адрес, записав его в счетчик, либо увеличить ранее установленный адрес на единицу. Устанавливаемые адреса зависят как от номера цикла Е), так и кода, поступающего из регистра 4 микрокоманд. Для реального анализа" тора спектров при М= 32 объем постоянной памяти не превышает 2 К бит одна интегральная схема).Блоки оперативной памяти 20 и 22 имеют также как и блок 21 блокировку считывания, только на один первый цикл работы устройства, триггер блокировки 14 устанавливается в единичное состояние и открывает тем самымэлемент И 12, который срабатывает,когда на его входах 46 появляетсяномер входа коммутатора, к которомуподключены блоки 20 и 21, например, третий номер - первый и второй двоичный разряд номера равен единице. Необходимость блокировки считывания та же, чть упоминалась ранее.Сумматоры.-вычитатели 29 и 30 длявыполнения всех указанных алгоритмов должны осуществлять следующие операции: сложение, вычитание двух чисел, сложение с нулем, обнуление выхода.Сумматоры-вычитатели управляюся подачей соответствуютих кодов на кодовые входы 60 и 61, куда они поступают из блока формированиякода операций 31. Этот блок 31 представляет собой комбинационную схемус постоянной памятью. Из регистрамикрокоманд 4 по входу 64 поступаюткоды операций для каждого сумматоравычитателя и код варианта исполнения, который либо может в зависимостиот номера цикла работы устройства, поступающего с выхода счетчика б, считать из постоянной памяти свои коды операций для суюаторбв-вычитателей, хранимых в постоянной памяти по адресу номера счетчика б, либо инвертировать поступивщие коды иэ регистра микрокоманд, если в коде варианта исполнения по указанному номеру выхода 56-59 поступает единица из сдвиговых регистров 27 и 28.В регистрах 27 и 28 при, выполнении задачи вычисления модуля комплексных чисел по формулам Волдеровских процедур запоминается набор знаков промежуточных результатов, которые используются как для этойзадачи, так и для следующей - вычис1023341 4/34 Тираж 706 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.