Цифровой генератор функций Советский патент 1985 года по МПК G06F1/02 

1 1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и моет быть использовано в задачах спектрально-корреляционного анализа и синтеза аппроксиматоров произвольных кривых в цифровых системах управляемого зксперимеита.

Известенгенератор функщтй Хаара, содержащий, два регистра сдвига, два счетчика, три триггера, четыре, элемента И, сумматор по модулю два 1 .

Недостатками этого устройства являются низкое быстродействие и невозможность формирования функций Шаудера.

Наиболее близким по.технической сущности к изобретению является цифровой генератор ортогональных функций, содержащий три регистра сдвига, одноразрядный регистр сдвига , блок преобразования прямого кода в дополнительный, два триггера,, сумматор по модулю два, элемент И, блок формирования пачек импульсов, причем выход старшего разряда второго регистра сдвига соединен с единичным входом второго триггера, выход которого подключен к .первому входу схемы И, второй вход которой соединен с тактовым входом второго регистра сдвига и первым выходом блока формирования пачек импульсов 2.

Недостатком известного- устройст-. ва является низкое быстродействие, а именно вычисление произвольной функции Хаара и Шаудера осуществляется за (,n+1)N тактов.

Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства (за счет уменьшения числа тактов генерирования функций .Хаара и Шаудера на основе использования специального алгоритма их формирования).

Поставленная цель достигается .тем, что в цифровой генератор функций , содержащий первый регистр сдвига, выход старшего разряда которого подключен к тактовому входу первого триггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к тактовому входу вычитающего счетчика, второй регистр сдвига, второй триггер и блок формирования пачек 1шпульсов, введены два элемента ИЛИ, два элемента ИЛИ-НЕ, сумматор по

912

модулю два, реверсивный счетчик и блок сравнения, причем выход nepBort триггера -подключен к входу запуска блока формирования пачек импульсов

и первому входу первого элемента ШШ-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра сдвига,.информационный выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к установочному входу второго триггера, выход которого под- , ключен к первому входу сумматора по модулю два и управляющему входу

реверсивного .счетчика, информационный выход которого подключен к второму входу блока сравнения и является выходом функций Шаудера генератора, выход блока формирования

пачек импульсов подключен к установочному входу первого триггера и управляющему входу вьмитающего счетчика, информационный выход которого поразрядно подключен к

входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к второму входу

сумматора по модулю два и тактовому входу реверсивного счетчика, выход переноса которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого является выходом окончания вычислений генератора, выходом функций Хаара которого является выход сумматора по модулю два, информационный вход вычитающего счетчика подключен к информационному выходу первого регистра сдвига, тактовый вход которого соединен , с вторыми входами первого и второго элемента ИЛИ-НЕ, элемента И, тактовым входом блока формирования пачек

импульсов и является тактовым входом генератора, выходом начала вычислений которого является выход первого триггера.

Ненормированные функции Хаара Н(х) определяется следующим образом

/ Г

1, ecлиxe :,,

Г21И i+1

-111.1

Н(х)Нр ;(х) .

- 1, если X е 2P-.J

2 QP

О, в остальных случаях. где р - номер группы функции, i - номер функции в групп Тогда функции Шаудера определ как s) « имеют вид S. 8„;,(х). (х) Р fl г f-, 2il Ш--, 12 о, в остальных случа Из (1) и (3) следует, что, j(x) э« О то, S(x) 0 Н(х) Н,(2 I Р-1 S,(2 при об -i О, Таким образом, системы фун Хаара и Шаудера согласно (4) быть сформированы при помощи тия и сдвига Н(х) и S j. (х) со венно , А так как Г2х, хе о, 1/2 « 2-х, , 1 зеркально симметрична относит прямой X 1/2, то функции Ша Morjrr .быть получены при помощ функции F(x) 2х, , используя операции сжатия, сд и зеркального отображения. Дл N 8 матрицы функции Хаара и ра имеют вид 11111111 1 1 1 1-1-1-1-1 1 1-1-1 0000 Н 00001 1-1-1 1-1000000 001-10000 00001-100 12345678 1234321 12100000 0000121 00001 2 1 10000000 00100000 00001000 0000001 Если номер функции оС it.,, ,.., od, ), - ста единичный разряд (т 1, п), ) О при X + 2i2 где х О, и 91 х + 1, хй 2 Z- -1-х, , где 1 ( j . , ... . )2 Аналогично, для функций Хаара Н .(х) О.при X х + 2., где х- 0, - 1 и Г1, х - 1 « -1, Соотношения (8) и (9) представляют аналитические выражения для систем функций Шаудера и Хаара в .тех точках, где они не равны нулю. На фиг, 1 представлена функциональная схема 1ЩФРОВОГО генератора функций; на фиг, 2 - первые восемь функций Хаара и соответствующие им функции Шаудера; на фиг, 3 - табл, 1, поясняющая принцип формирования по тактам функций и H,,S,j на фиг. 4 - функциональная схема блока формирования импульсов. Цифровой генератор функций (фиг, 1) содержит регистры 1 и 2 сдвига, вычитающий счетчик 3, реверсивный счетчик 4, триггер 5 и 6, элемент.-: И 7, элемент ИЛИ-НЕ 8 и 9, элементы ИЛИ 10 и 11, сумматор 12 по модулю два, блок 13 сравнения, блок 14 формирования пачек импульсов, . выходы 15-18 устройства, тактовый вход 19 устройства. На фиВ, 4 представлена функциональная схема блока 14 формирования пачек импульсов, которая содержит двоичный счетчик 20, элемент ИЛИ 21, одновибратор 22, Блок формирования пачек импульсов работает следующим образом, В исходном состоянии двоичный счетчик 20 обнулен и на втором входе элемента ИЛИ 21 установлен О, Коэффициент пересчета п двоичного счетчика 20 равен logj, N, По накоплении в двоичном счетчике 20 п импульсов на его выходе появляется импульс, который через элемент ИЛИ 21 поступает на вход одновибратора 22, на выходе которого по фрон-ту входного сигнала сформируется . импульс. На выходе одновибратора 22 также сформируется импульс на втором входе элемента ИЛИ 21 перепада из О в 1. Цифровой генератор функций работает следующим образом. 5 По первому тактовому импульсу в регистр 1 сдвига записывается код номера функции у, ., в регистр 2 сдви га и вычитающий счетчик 3 - код 001, реверсивный счетчик 4 обнуляется, триггер 5 устанавливается в О, а триггер 6 - в 1. По следую щим тактовым импульсам происходит сдвиг информации.в регистрах 1 и 2 сдвига до появления 1 в старшем разряде регистра 1 сдвига, после чего триггер 5 устанавливается в 1, при этом на выходе 15 появляет ся сигнал .Пуск, означающий начало формирования функций. Далее происходит запись младших разрядов кода об в старшие разряды вычитающего счетчика. 3 по импульсу, формируемому на выходе блока 14 формирования пачек импульсов. Элемент ИЛИ-НЕ 8 запрещает прохозщение импульсов на тактовый вход регистра 2 сдвига, а элемент И 7 разрешает прохождение импульсов на тактовый вход вычитающего счетчика.3. С каждым .следующим импульсом содержимое вычитающего, счетчика 3 уменьшается на 1, и по его обнулению элемент ИЛИ 10 сформирует сигнал, разрешающий .прохождение тактовых импульсов на вход сумматора 12 по Модулю два (на выходе которого формируются функции Хаара) и тактовый вход реверсивного счетчика 4 (на выходе которого фор.мируются функции Шауде. ра). Код с вькода реверсивного счетчика 4 поступает на блок 13 сравнения, который при совпадении кодов на своих входах вырабатывает сигнал, устанавливающий триггер 6 в О. При О на первом входе сум матора 12 по модулю два на выходе 17 формируются отрицательные значения функций Хаара (О соответст вует значению функции -1 при сос тоянии выхода 16 .- О) в соответс вии с табл. 2. Низкий уровень на управляющем входе реверсивного счетчика 4 озна чает, что Содержимое счетчика с ка 1 дым последующим тактовым импульсом уменьшается на 1 и по достижении, нулевого кода на выходе переноса реверсивного счетчика 4 появится 1, которая, поступая через элемент ИЛИ 11 на выход 16, означает конец формирования функций. В табл. 1 (фиг. 3) приведена последовательность формирования по тактам функций. (код 110) и функций Н,, S, (код 001) для N 8. При формировании функций Hg,Sg единица в коде об не будет обнаружена. В этом случае на втором выходе блока 14 формирования пачек импульсов по п-му такту (п ) вьфабатывается импульс, по которо-. му происходит запи.сь нулевого кода в вычитающий счетчик 3 и установка триггера 5 в 1, далее процесс формирования функции происходит . согласно описанному вьш1е алгоритму, сигнал .переноса на выходе реверсивного счетчика 4 при этом появляется по достижении кода в реверсивном счетчике 4, равного 111. Таким образом, значения всех элементов матриц Хаара и Шаудера размерности будут сформированы за (n+SlN/j-f тактов, в то время как в. известном устройстве за (n+1)N тактов (п ), т.е. быстродействие устройства увеличилось более, чем в.2п раз. Так, например, для N 64 выигрьпп в f быстродействии сос;тавляет 12 раз. Т а б л и ц а 2 БезразБезраз личноСодержимое счетчика 4 Содержимое счетчика 4

Фиг.1

Таблица 1

ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ, содержащий первый регистр сдвига, выход старшего разряда которого подключен к тактовому входу первого триггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к тактовому входу вычитающего счетчика, второй регистр сдвига, второй триггер и блок формирования пачек импульсов, отличающийс я тем, что, с целью увеличения бьютродействия, в него введены два элемента ИЛИ, два элемента ИЛИ-НЕ,, сумматор по модулю два, реверсивный счетчик и блок сравнения, прит чем выход первого триггера подключен к входу запуска блока формиро- , вания пачек импульсов и первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра сдвига, ин-. формационный выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к установочному входу второго триггера, выход которого подключен к первому входу сумматора по модулю два и управляющему входу реверсивного счетчика, информационный выход которого подключен к второму входу блока сравнения и является выходом функций Шаудера генератора, выход блока формирования пачек импульсов подключен к установочному входу первого триггера и управляющему входу вычитающего счетчика, информационный выход которого поразрядно подключен к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента (О ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к второму входу сумматора по модулю два и тактовому входу реверсивного счетчика, выход переноса которого подг лючен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого является выходом окончания вычислений генератора, выходом функа ций Хаара которого является выход сумматора по модулю два, информационсз ный вход вьгчитающего счетчика подключен к-информационному выходу первого регистра сдвига, тактовый вход которого соединен с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, элемента И, тактовым входом блока формирования пачек импульсов и является тактовым входом генератора, выходом начала вычислений которого является выход первого триггера.

Фиг.З

Фиг.1