Устройство для вычисления коэффициентов фурье

 

Изобретение относится к специализированным средствам йычислительной техники, предназначено для определения коэффициентов дискретного преобразования Фурье при работе в реальном масштабе времени. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того , что устройство для вычисления коэффициентов Фурье содержит триггер, генератор тактовых импульсов, элемент И, счетчик, два блока постоянной памяти, два мультиплексора, три накапливающих сумматора, вычислитель, нуль-орган, цифроаналоговый преобразователь , шифратор, преобразователь кодов, пороговый блок и соответствующие связи между узлами устройства . 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с (Л to со о 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (10 (51) 4 С 06 F 15/332

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3933464/24-24 (22) 22.07.85 (46) 15.02.87. Бюл. !(6 (71) Институт кибернетики им. В.M.Ãëóøêîâà (72) В.П.Боюн и А,Н.Головин (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 537349, кл. G 06 F 15/332, 1976.

I0.M.ÑìèðHîâ, Г.Н.Воробьев. Проектирование специализированных информационно-вычислительных систем. М.:

Высшая школа, 1984, с. 96, рис.3.1..2. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ФУРЬЕ (57) Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначено для определения коэффициентов дискретного преобразования Фурье при работе в реальном масштабе времени. Цель изобретения — упрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для вычисления коэффициентов Фурье содержит триггер, генератор тактовых импульсов, элемент И, счетчик, два блока постоянной памяти, два мультиплексора, три накапливающих сумматора, вычислитель, нуль-орган, цифроаналоговый преобразователь, шифратор, преобразователь кодов, пороговый блок и соответствующие связи между узлами устройства. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

1 129035

Изобретение 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.l приведена схема устройства; на.фиг.2 — блок-схема аналого- 10 цифрового преобразователя; на фиг.3 преобразователя кодов.

Устройство (фиг.l) содержит триггер 1, генератор 2 тактовых импульсов, элемент И 3, счетчик 4, первый

5 и второй 5, блоки памяти, аналого1 цифровой преобразователь 6, первый

7, и второй 7 мультиплексоры, первый S и второй 8, накапливающие

f сумматоры, информационный вход 9 уст- 20 ройства, вход 10 запуска устройства, выход ll окончания вычислений, выход мнимой 12 и действительной 13 частей результата соответственно °

Аналого-цифровой преобразователь

25 (инкрементного типа) содержит вычитатель 14, нуль-орган 15, пороговый блок 16, преобразователь 17 кодов, 1 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.

Преобразователь кодов (фиг.3) содержит группу элементов И 25,, груп-. пу триггеров 26, и группу элементов

HE 27

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

По сигналу, поступающему на вход

10 запуска устройства, осуществляется установка в начальное состояние счетчика 4, аналого-цифрового преобразователя 6, первого 8, и второго

8 накапливающих сумматоров и перей ключение триггера 1 в единичное состояние, По этому сигналу импульсы с выхода генератора 2 тактовых импуль50 сов через элемент И 3 поступают.на счетный вход счетчика 4, тактовые входы блоков 5, и 5, памяти, накапливающих сумматоров 8, и 8 и аналого-цифрового преобразователя 6.

Аналого-цифровой преобразователь

6 осуществляет преобразование входного сигнала x(t) из аналоговой

1. 2 формы в дискретную с частотой дискретизации, равной частоте генератора 2 тактовых импульсов. С выхода приращений аналого-цифрового преобразователя 6 снимаются значения приращений входного сигнала x(t) за один такт работы устройства. Абсолютное значение приращения входного сигнала ах. равно целой степени двойки, т е. 2", где m = i r, à r — длина двоичного кода приращения ax.. Знак

1 приращения определяется сигналом на знаковом выходе приращений аналогоцифрового преобразователя 6. Значение сигнала "0" на знаковом выходе приращений соответствует положительному приращению ьх,. сигнала x(t), а

1 — отрицательному.

Аналого-цифровой преобразователь (инкрементного типа) работает следующим образом.

Сигналом "Запуск" по входу 22 осуществляется сброс в "0 накапливающего сумматора 18. На вход 9 подается аналоговый сигнал, на вход

21 — тактовые импульсы. Вычитатель

14 определяет разность между входным напряжением по входу 9 и напряжением обратной связи с выхода цифроаналогового преобразователя 19, которая прикладывается ко входу нуль-органа 15 и входам порогового блока 16. Знакочувствительный пороговый блок 16 срабатывает при достижении рапряжением разности зна! чений порогов (например, по двоичному закону: I, 2, 4, ..., 2 условных единиц, где r — длина кода приращения). Преобразователь 17 в моменты времени, определяемые тактовЫми импульсами с входа 21, выделяет старший по весу пороговый элемент 16 из числа сработавших ° Нуль-орган 15 в те же моменты времени определяет знак 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 п1риращения входного сигнала, округленные до значения кратного целой степени двойки, т.е. представляют собой одну единицу в соответствующем раз1ряде кода (позиционный код).

Коды с выхода преобразователя 17 поступают через кодирующий элемент 20 на выход 23 приращений аналого-цифУчитывая, что х„ = х„, + ах„ =

Х +4X +ах + ° во+ ах Х +

0 1 1 K 0

К

+, ) ах. и х =ах, получим для вы1-- 1 числения А((1) следующее соотношение:

3 1290351 рового преобразователя. Шифратор 20 предназначен для определения номера разряда, содержащего единицу. Код знака напряжения разности с выхода нуль-органа 15 настраивает накапливающий сумматор 18 по управляющему входу на выполнение операции !!Сложение" и, !!Вычитание". В моментывремени, определяемые тактовыми импульсами, накапливающий сумматор 18 добавля- 10 ет к своему содержимому или вычитает иэ него единицу соответствующего разряда, поступившую с преобразователя 17.

Частота следования тактовых им- 15 пульсов, поступающих на тактовый вход 22 аналого-цифрового преобразователя, равна частоте дискретизации входного сигнала x(t). С этой же частотой из блоков памяти 5 и 5 по 20

1 адресам, равным содержимому счетчика 4, осуществляется выборка заранее подготовленных сумм значений базисных функций, необходимых для вычисления коэффициентов ДПФ. Выходы первого 5 1 и второго 5 2 блбков памяти подключены соответственно через первый 7, и второй 72 мультиплексоры ко входам первого 8 и второго

8(, накапливающих сумматоров. 30

Если на знаковом выходе приращений аналого-цифрового преобразователя

6 значение "0", что соответствует положительному приращению входного сигнала x(t), то содержимое выбранных ячеек блоков памяти 5 и 52, поступающее в накапливающие сумматоры 8, и 8 через мультиплексоры 7, и

7, складывается с содержимым этих

2 1 же сумматоров. 40

Подключение выходов блоков памяти 5 и 5 ко входам накапливающих ! 2 сумматоров 8, и 8 2 через мультиплексоры 7 и 7 обеспечивает реали1

1 ф зацию операции сдвига содержимого 45 ячеек первого 5, и второго 52 блоков

А(()) сх) Х„СОЗ (k 4 t 3) =Х, СОВ p+X к-0

1) « ) 1 = 4x -cos

+ (4x + д X + ах ) сов ° (2 а а) +...

+a» ) сов ((И-() во <7= ах { сов 0 ((((I) вс «>71 в вх .{ aoa (f с

+ ...+ coa ((N-I) a С )71 +,х .{сов о) + ... + сов ((N-I) a aI){ в дх С +ах С + ах.С памяти на величину приращения по модулю, кратную целой степени двойки.

По достижении заданного числа отсчетов N равного целой степени двойки, на выходе переполнения счетчика 4 появляется сигнал, свидетельствующий о том, что в накапливающих сумматорах 8, и 82 накоплено истинное значение мнимой и действительной частей результата. Разрядность накапливающих сумматоров 8, и 8

2 равна 2ã.

Алгоритм работы устройства заключается в следующем.

За один такт работы устройства приращение входного сигнала x(t) равно

-I!! дх. =х. -х. = sign{ x(t) — х. 12 ! i 1-1 I-1 где m = l,r, à r — длина двоичного кода приращения

Ах;, х., х. — отсчеты исследуеi-1 1 мого сигнала x(t).

Коэффициенты ДПФ вычисляются по формулам

Н-1

А((()) = x „cos (k д t ) )

КхО

N- I

В(((1) = х„. sin(k - 4t. M ), к-о где k— = 0 1, 2,..., (N-1 ) — номер о тсч ета входного сигнала

x(t); аС=Т/N — интервал дискретиэации; =29/Ò вЂ” частота исследуемой гармоники;

Т вЂ” период исследуемой гармоники.

cos (I dt ) ) +х,.cos (2 ае )) +

О+ (ах + ах) cos (1 4t d) +

+(4х +ах +ax +...+ дх ° + .. ° +

0 1 2 1

co6 (I 6t d) +cos (2 At d) +... +

t a)) +cos(2 4t 1) + cos (3 а u3)+

2 4t д) + cos (3. ас .(1 ) + cos (4 аех дх „{сов ((N-I) до d))=

1 С!

+ ° ° ° а х я,) С

5 1290351 6 ((2

cos (1 at оЗ) + ° ..+ cos t (N-1) . л t .)ф соз (k at M )=0, v oo=o ))-) о ) + cos (2 at M) +...+. cos ((N 1) at w))=icos (k at d) где С, = cos О +

С„= { cos (1

)(вв 1

N-\

С„= (сов ((N-2) . at M ) + сов ((N-1) at 1)) = сов (k at 1 ), К),) 2n)(2

С = cos ((N-1) at u) )

Аналогично и) для В(и)) выполняются следующие вычисления:

В(()) ьх, S, +a x, S, + дх S +...+о х S,- +в..+ )(х„ S„, гпв S, ={ sin О + sin (l at d) asin (2 at «1 )+... +sin((N-l)atU))=

))-)

sin (k at >) =О, К,вО н-)

$, =(sin(l ate)+sin(2 at «))вв(п(3 вс d)+...+sin((N-1) at d))= sin(k std), I К,п1 S = j зж (2 a t d )+ sin (3 at d) + sin (4 at d) +... + sin ((N-1) a t н-) о)1= с в(п ((с a t J ), К)22

$я 2 = 1 sin 1. (N-2) d t A)+ sin sin = sin L (N-1) at A J

Таким образом, в блоках памяти

5, и 5 записаны значения сумм $; и

С; соответственно для всех значений

i=0 N-1.

N- $ (N 1) с с о)) =с sin (k ас «1 ) в

К - с82 м-2 нт

Формула изобретения

1. Устройство для вычисления ко1эффициентов Фурье, содержащее триггер, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к тактовым входам, первого и второго накапливающих сумматоров 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, нуль-орган, вычитатель, третий накапливак)щий сумматор, цифроаналоговый преобразователь и шифратор, выход

Зо которого подключен к управляющим входам 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

41) порогового блока и подключен к выходу вычи гателя, 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 на2. Устройство по п.1., о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь кодов содержит N (N— разрядность кодов) элементов НЕ, N триггеров и N элементов И, причем выход i-ro (i = 1,N) элемента

HE подключен к первому установочному входу i-го триггера, прямой выход которого подключен к перво50

1290351 капливающего сумматора, установочный вход которого подключен к входу запуска устройства, информационным входом которого является второй вход вычитателя. 5

8 му входу i-го элемента И, инверсный выход 3-гo (j = l,N-1) триггера подключен к второму входу (j+1)го элемента И, а второй установочный вход i-ro триггера соединен с входом i-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 фиг2 . Составитель А.Баранов

РедактоР Ю.йетРУшко ТехРед Л.Сердюкова КоРРектоР А.ТЯско

Заказ 7904/48 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, )1(-35, Раушская наб °, д 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãopoä, ул.Проектная,4