ГЕНЕРАТОР ЕРМАКОВА-КАЖДАНА ПОЛНОГО СПЕКТРА ОРТОГОНАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ КАЖДАНА С ДИСКРЕТНЫМИ СДВИГАМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в средствах связи, аудио-, видио- и информационно-измерительной техники для генерации полного спектра кусочно-постоянных ортогональных функций Каждана K(t, n, T), где Т - период повторения (для периодических сигналов) или период рассмотрения (для апериодических, в том числе случайных сигналов); n= 0...N - порядок ортогональной составляющей спектра; - сдвиг ортогональной составляющей спектра при шаге сдвига .

Известно устройство для считывания графической информации [1], содержащее блоки фотоэлектрического преобразования, каждый из которых подключен к выходу соответствующего генератора пилообразного напряжения, блок усиления, блоки фотометров, согласующие элементы, элементы И и ИЛИ, блок задержки, триггеры, переключатели.

Недостатком аналога является низкая точность.

К аналогам предлагаемого технического решения также относится устройство для ввода графической информации [2] , содержащее электронно-оптические блоки, соединенные с фотоэлектрическим преобразователем, генераторы пилообразного напряжения, подключенные к электронно-оптическим блокам, блоки усиления и управляющий блок.

Недостатком этого аналога является сложность.

Аналогом предлагаемого технического решения также является генератор функций Уолша [3], содержащий n-разрядный счетчик, блок из n элементов И, сумматор по модулю два, триггер, пять элементов И, два элемента ИЛИ, n-разрядный регистр, формирователь случайной последовательности импульсов, 2n-разрядный реверсивный счетчик.

Недостатком этого аналога являются узкие функциональные возможности - он предназначен для вероятностного моделирования функций Уолша со случайными номерами и паузами случайной длительности между ними.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор функций Уолша [4] , содержащий генератор прямоугольных импульсов, формирователь последовательности входных импульсов, триггеры, сумматоры по модулю два с инверсным выходом, N компараторов, N выходных зажимов, источник опорного напряжения.

Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности - он предназначен для генерации только функций Уолша заданной амплитуды.

Решаемая изобретениями техническая задача - расширение функциональных возможностей за счет возможности генерации полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами.

Указанная техническая задача (в первом варианте реализации генератора, предназначенном для получения спектра нормированной амплитуды) решается благодаря тому, что в генератор функций Уолша, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра) выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, второй источник опорного напряжения, инвертор, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й (где i= 1. ..N; j=1...K) канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора, второго - к выходу второго источника опорного напряжения, соединенному со входом инвертора, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-й группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й (при j=1...К) выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора.

Указанная техническая задача (во втором варианте реализации генератора, предназначенном для получения спектра масштабируемой амплитуды) решается благодаря тому, что в генератор функций Уолша, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра) выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, К источников опорного напряжения, К инверторов, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й (где i= 1...N;j=1...К) канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора j-й группы элементов, второго - к выходу источника опорного напряжения j-й группы элементов, соединенному со входом инвертора j-й группы элементов, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-й группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й (при j=1.. . K) выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора.

Существенными отличиями предлагаемого генератора в двух вариантах его реализации являются введение дополнительных элементов: 1) второго генератора прямоугольных импульсов, первого и второго счетчика, цифрового блока памяти, первого и второго одновибраторов, триггера, дешифратора, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, второго источника опорного напряжения, инвертор, выходных зажимов и каналов; 2) второго генератора прямоугольных импульсов, первого и второго счетчика, цифрового блока памяти, первого и второго одновибраторов, триггера, дешифратора, 2К (где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) регистров, К источников опорного напряжения, К инверторов, выходных зажимов и каналов. К существенным отличиям предлагаемого генератора также относится новая организация связей между элементами. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширения функциональных возможностей за счет возможности генерации полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами.

Схемы первого и второго вариантов реализации генератора представлены, соответственно, на фиг.1 и 2, на фиг.3 - 8 изображены получаемые на выходах генератора функции Каждана с различными сдвигами, соответственно, нормированной и масштабируемой амплитуды.

Схема первого варианта реализации генератора (фиг.1) содержит (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра; К=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) выходных зажимов 1-5, первый 6 и второй 7 источники опорного напряжения (ИОН), инвертор 8, К первых регистров 9-10, К вторых регистров 11-12, первый генератор 13 прямоугольных импульсов (ГПИ), выход которого соединен с инверсным входом первого одновибратора 14, объединенными входами записи вторых регистров 11-12 всех групп элементов и с тактовым входом первого счетчика 15, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока 16 памяти (ЦБП), группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика 17, соединенному с управляющим входом дешифратора 18, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора 19, а каждый j-й (при j=1...K), например, первый, выход соединен со входом записи первого регистра 9 j-й группы элементов, информационные входы первых регистров 9-10 всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу ЦБП 18, а выходы первых регистров 9-10 всех групп элементов соединены соответственно с информационными входами вторых регистров 11-12 всех групп элементов, выходной зажим 1 подключен к выходу первого ИОН 6, второй ГПИ 20, выход которого соединен со входом второго одновибратора 19 и тактовым входом второго счетчика 17, вход установки нуля которого подключен к инверсному выходу триггера 21, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора 18, а вход установки единицы к инверсному выходу первого одновибратора 14, каналов 22-25, причем каждый ij-й (где i=1...N; j=1...К), например, канал 22 содержит элемент НЕ 26 ij-го канала 22 и первый 27 и второй 28 коммутаторы ij-го канала 22, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом 2, информационные входы коммутаторов ij-го канала 22 подключены, соответственно, первого 27 - к выходу инвертора 8, второго 28 - к выходу второго ИОН 7, соединенному со входом инвертора 8, управляющий вход первого коммутатора 27 ij-го канала 22 подключен к выходу элемента НЕ 26 ij-го канала 22, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора 28 ij-го канала 22 и подключен к ij-му разряду выхода второго регистра 11 j-й группы элементов.

Схема второго варианта реализации генератора (фиг.2) содержит (где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра; K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора) выходных зажимов 1-5, К+1 источников 6-8 опорного напряжения (ИОН), К инверторов 9-10, К первых регистров 11-12, К вторых регистров 13-14, первый генератор 15 прямоугольных импульсов (ГПИ), выход которого соединен с инверсным входом первого одновибратора 16 и с тактовым входом первого счетчика 17, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока 18 памяти (ЦБП), группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика 19, соединенному с управляющим входом дешифратора 20, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора 21, вход которого подключен к выходу второго ГПИ 22, соединенному с тактовым входом второго счетчика 19, вход установки нуля которого подключен к инверсному выходу триггера 23, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора 20, а вход установки единицы - к инверсному выходу первого одновибратора 16, каждый j-й (при j=1...К), например, первый, выход дешифратора 20 соединен со входом записи первого регистра 11 j-й группы элементов, информационные входы первых регистров 11-12 всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу ЦБП 21, а выходы первых регистров 9-10 всех групп элементов соединены соответственно с информационными входами вторых регистров 11-12 всех групп элементов, выходной зажим 1 подключен к выходу первого ИОН 6, каналов 24-27, причем каждый ij-й (где i=1...N; j=1...К), например, канал 24 содержит элемент НЕ 28 ij-го канала 24 и первый 29 и второй 30 коммутаторы ij-го канала 24, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом 2, информационные входы коммутаторов ij-го 24 канала подключены, соответственно, первого 29 - к выходу инвертора 9 j-й группы элементов, второго 30 - к выходу ИОН 7 j-й группы элементов, соединенному со входом инвертора 9 j-й группы элементов, управляющий вход первого коммутатора 29 ij-го канала 24 подключен к выходу элемента НЕ 28 ij-го канала 24, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора 30 ij-го канала 24 и подключен к ij-му разряду выхода второго регистра 13 j-й группы элементов.

Первый вариант генератора (фиг.1) работает следующим образом.

При подготовке генератора к работе в ЦБП 16 закладывается информация (см. таблицу), позволяющая генерировать на выходах 1-5 полный спектр ортогональных кусочно-постоянных функций Каждана с дискретными сдигами.

Первый ГПИ 13 имеет низкую частоту, соответствующую частоте генерируемого на выходах 1-5 спектра. Частота второго ГПИ 20 на 3-6 порядков превышает частоту первого ГПИ 13.

В исходный момент времени счетчики 15 и 17 находятся в нулевом состоянии, при котором на их выходах, приложенных к адресному входу ЦБП 16, присутствует код 00000.

При каждом отрицательном перепаде импульса на выходе ГПИ 13 (от единичного уровня к нулевому) одновибратор 14 переводит триггер 21 в единичное состояние. При этом со входа установки нуля второго счетчика 17 снимается единичное напряжение с инверсного выхода триггера 21, счетчик 17 переходит в динамический режим счета.

При появлении в момент времени t=0 на фиг.1 очередного импульса с выхода ГПИ 20 по его переднему фронту срабатывает одновибратор 19, его выходной отрицательный импульс стробирует дешифратор 18. Поскольку к управляющему входу дешифратора 18 с выхода счетчика 17 приложен код 01, то на первом выходе дешифратора 18 появляется импульс, записывающий в регистр 9 информацию, которая хранится в ячейке ЦБП 16 с адресом 01000 (см. таблицу) - код 10000111.

При следующем срабатывании счетчика 17 из ячейки ЦБП 16 с адресом 10000 в соответствующий первый регистр записывается код 1001 и т.д.

После окончания операции переноса информации из ЦБП 16 в первые регистры 9-10 импульсом с последнего выхода дешифратора 18 триггер 21 переводится в его основное нулевое состояние покоя, при котором появляющееся на инверсном выходе триггера 21 единичное напряжение удерживает счетчик 17 также в нулевом состоянии покоя.

По переднему фронту очередного импульса с выхода ГПИ 13 информация из первых регистров 9-10 переносится во вторые регистры 11-12.

Рассмотрим более подробно работу канала 22, обеспечивающего генерацию первой ортогональной составляющей спектра с нулевым сдвигом.

Значение старшего разряда (СР) с выхода второго регистра 11, приложенного к управляющему входу канала 22, равно "1". При этом первый коммутатор 27 закрыт, а второй коммутатор 28 - открыт (см.фиг.1). В этом случае к выходу 2 генератора приложено положительное единичное напряжение с выхода второго ИОН 7 (см. напряжение U₂ - на фиг.3).

В четвертом такте работы ГПИ 13 значение СР становится равным "0". При этом первый коммутатор 27 открывается, а второй 28 - закрывается. В этом случае к выходу 2 генератора прикладывается отрицательное единичное напряжение с выхода инвертора 8 (см. напряжение U₂ на фиг.3) и т. д.

Аналогичным образом другими каналами 23-25 генерируются различные составляющие спектра функций Каждана с различными дискретными сдвигами с единичной амплитудой (см. фиг.3-5).

На выходе 1 непрерывно присутствует выходное напряжение первого ИОН 6.

Второй вариант генератора (фиг.2) работает аналогично первому варианту за исключением того, что амплитуда ортогональных составляющих спектра на выходах 1-5 (фиг.6-8) масштабируется с помощью пар элементов 7-9, 8-10, и т. д. путем изменения выходного напряжения ИОН 6-8.

Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с известными является расширение функциональных возможностей за счет возможности генерации полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами нормированной или масштабируемой амплитуды. Генератор реализуется на широко распространенных микросхемах среднего уровня интеграции.

Источники информации
1. Патент США N 2159743, кл. 235-198, 1964.

2. Патент Японии N 48-14129, кл. 97(7) В 62, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР N 2115951, кл. G 06 F 1/02, 1998.

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1986 (прототип).

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в средствах связи. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей за счет возможности генерации полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами. По одному из вариантов устройство содержит два генератора прямоугольных импульсов, два счетчика, цифровой блок памяти, два источника опорного напряжения, два одновибратора, триггер, дешифратор, 2К регистров, инвертор, каналов, каждый из которых содержит элемент НЕ, два коммутатора, где K=N - число сдвигов генерируемых функций. 2 с.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Генератор полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами, предназначенный для получения спектра нормированной амплитуды, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N, где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра, выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К, где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора, регистров, второй источник опорного напряжения, инвертор, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й, где i=1...N, j= 1. . . K, канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-ым выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора, второго - к выходу второго источника опорного напряжения, соединенному со входом инвертора, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-ой группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й при j=1...K выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора. 2. Генератор полного спектра ортогональных функций Каждана с дискретными сдвигами, предназначенный для получения спектра масштабируемой амплитуды, содержащий первый генератор прямоугольных импульсов, N, где N - число ортогональных составляющих генерируемого спектра, выходных зажимов, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым выходным зажимом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, цифровой блок памяти, первый и второй одновибраторы, триггер, дешифратор, 2К, где K=N - число сдвигов генерируемых функций, равное числу используемых для этого групп элементов генератора, регистров, К источников опорного напряжения, К инверторов, выходных зажимов и каналов, причем каждый ij-й, где i=1...N, j=1...K, канал содержит элемент НЕ и первый и второй коммутаторы, выходы которых объединены между собой и соединены с ij-м выходным зажимом, информационные входы коммутаторов ij-го канала подключены, соответственно, первого - к выходу инвертора j-й группы элементов, второго - к выходу источника опорного напряжения j-й группы элементов, соединенному со входом инвертора j-й группы элементов, управляющий вход первого коммутатора ij-го канала подключен к выходу элемента НЕ ij-го канала, вход которого объединен с управляющим входом второго коммутатора ij-го канала и подключен к выходу ij-го разряда второго регистра j-й группы элементов, информационный вход которого подключен к выходу ij-го разряда первого регистра j-й группы элементов, выход первого генератора прямоугольных импульсов соединен с инверсным входом первого одновибратора, объединенными входами записи вторых регистров всех групп элементов и тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с группой младших разрядов адресного входа цифрового блока памяти, группа старших разрядов которого подключена к выходу второго счетчика, соединенному с управляющим входом дешифратора, вход стробирования которого подключен к инверсному выходу второго одновибратора, а каждый j-й при j=1...К выход соединен со входом записи первого регистра j-й группы элементов, информационные входы первых регистров всех групп элементов объединены между собой и подключены к выходу цифрового блока памяти, инверсный выход первого одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, вход установки нуля которого подключен к последнему выходу дешифратора, а инверсный выход соединен со входом установки нуля второго счетчика, тактовый вход которого объединен со входом второго одновибратора и подключен к выходу второго генератора.