Устройство для вычисления коэффициентов Фурье Советский патент 1987 года по МПК G06F17/14 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для определения коэффициентов дискретного преобразования Фурье при работе в реальном масштабе времени.

Цель изобретения сокращение аппаратурных затрат.

на выходе приращений аналого-цифрового преобразователя 6 со ответствует положительному приращению, а 1 - отрицательному. С этой же частотой из блоков 5 и 5 памяти по адресам, равным содержимому счетчика 4, осуществляется выборка заранее подготовленных значений сумм, необходимых для

На чертеже приведена схема предла-iQ вычисления коэффициентов ДПФ. Выходы гаемого устройства.первого 5 и второго 5, блоков памя-

Предлагаемое устройство содержит ти подключены к входам соответственно

триггер 1, генератор 2 тактовых импульсов, элемент И 3, счетчик 4, первый 5 и второй 5. блоки постоянной памяти, следящий аналого-цифровой преобразователь 6, первый 7 и второй 1 накапливающие сумматоры, информационный вход 8, .установочньш

первого 7 и второго 1 накапливающих сумматоров со сдвигом на г разрядов 15 в сторону младших разрядов.

Если на выходе приращений аналого- цифрового преобразователя 6 значение О, то содержимое выбранньк ячеек блоков 5 и 5, памяти, поступающее в

вход .9, выход 10 готовности резуль- joнакапливающие сумматоры 7 и 7 ,

тата, выходы мнимой 11 и действитель-складывается с содержимым этих же

ной 12 частей результата.сумматоров.

Ин,форма;ционньй вход 8 устройства Если же на выходе приращений анаявляется аналоговым входом аналого-лого-цифрового преобразователя 1 ,

цифрового преобразователя 6, выход соответствует отрицательному приприращения которого соединен с управ-ращению входного сигнала x(t), то соляющими входами первого 7 и второго 7j накапливающих сумматоров, выходы которых являются выходами мнимой 11 и действительной 12 частей (Результата.

Устройство работает следзтощим образом.

По сигналу, поступающему на вход 9 устройства, осуществляется установка в начальное состояние счетчика 4, аналого-цифрового преобразователя 6,

первого 7

и второго 7 накапливаюторов 7 i - ° сдвигом на г разрядов в сторону младших разрядов обеспечивает аппаратную реализацию операции умножения содержимого ячеек первого 5,

и второго 5 блоков памяти на

щих сумматоров и переключение тригге- величину приращения, по модулю равра 1 в единичное состояние. По этому 40

По достижению заданного числа отсигналу импульсы с выхода генератора 2 тактовых импульсов через элемент И 3 поступают на счетный вход счетчика 4, тактовые входы блоков 5 и 5, памяти, накапливающих сумматоров 7 и 7. и аналого-цифрового преобразователя 6. Последний осуществляет преобразование входного сигнала x(t) из аналоговой формы в цифровую с частотой дискредитации, равной час- 50 тоте генератора 2 тактовых импульсов. С выхода приращений аналого-цифрового преобразователя 6 снимаются значения приращений входного сигнала x(t) в виде единиц и нулей за один такт работы устройства. Абсолютное значение приращения /sx . входного сигнала x(t) равно единице младшего р азряда.

счетов N, равного целой степени двойки, на выходе переполнения счетчика 4 появляется сигнал, свидетельствующий g о том, что в накапливающих сумматорах 7 и 1. накоплено истинное значение мнимой и действительной частей результата. Разрядность накапливающих сумматоров равна 2г.

Алгоритм работы устройства заключается а следующем. За один такт работы устройства приращение входного сигнала x(t) равно

Лх. X -X . sip,(t)-x j 2 Коэффициенты ДПФ вычисляются по

55

формулам

М-1

т.е. 2

причем значение сигнала. О

A(oj) X X cos (k ; t-u));

К:0

на выходе приращений аналого-цифрового преобразователя 6 со ответствует положительному приращению, а 1 - отрицательному. С этой же частотой из блоков 5 и 5 памяти по адресам, равным содержимому счетчика 4, осупервого 7 и второго 1 накапливающих сумматоров со сдвигом на г разрядов в сторону младших разрядов.

Если на выходе приращений аналого- цифрового преобразователя 6 значение О, то содержимое выбранньк ячеек блоков 5 и 5, памяти, поступающее в

держимое выбранных ячеек блоков 5 и 5,., памяти, поступающее в накапливающие сумма торы 7 и 7. , вычитает- ся из значения содержимого этих же сумматоров.

Подключение выходов блоков 5 и 5 памяти к входам накапливающих сумма35

торов 7 i - ° сдвигом на г разрядов в сторону младших разрядов обеспечивает аппаратную реализацию операции умножения содержимого ячеек первого 5,

и второго 5 блоков памяти на

счетов N, равного целой степени двойки, на выходе переполнения счетчика 4 появляется сигнал, свидетельствующий о том, что в накапливающих сумматорах 7 и 1. накоплено истинное значение мнимой и действительной частей результата. Разрядность накапливающих сумматоров равна 2г.

Алгоритм работы устройства заключается а следующем. За один такт работы устройства приращение входного сигнала x(t) равно

Лх. X -X . sip,(t)-x j 2 Коэффициенты ДПФ вычисляются по

формулам

М-1

A(oj) X X cos (k ; t-u));

К:0

И-1

B(u)) I X,

trO

sin(k -jt -uj);

де ,l,2N-I at T/N - u) 2n/T Т 5

Учитывая, что x, Хд

номер отсчета входного сигнала x(t); интервал дискредитации;частота исследуемой гармони- 10 ки;

период исследуемой гармоники. х„ + лх; и

- 4х

о

получают для вычисления

(uj) следующее соотношение:

N-1

А(си) L хх .cos(k-dtu)XpCOsO+ .. -0 +XT COS (1 - it W )+х J cos(2- 4t u})+. , . +

+X fg.iCOS (N-1 ) /lt-wl dX(,.COsO +(dX + ) -COS (I- dt. C) + (i3X(,,) )

«cos (2-at-w) + ., . + ( + ,..+ . ..+uyifi,+ux N.i) .cos(H-l)/Itw ilXo cosO+cos (1 -dt w )+cos ()) + + . . .+COS (N-1) 4t +dx, cos( 1 4t to )+cos (2 Jt-a;)+cos(3- ijt-w) + ...+ +COS r(N-l)-4t +;ix,,cos(2 t w ) + +cos(3-4t 01 )+cos(4 -/Jt ui) + .. ,+cos(N- -I) 4t +. . .+x)x.2 (cos C(-2) 4t-u)J + +COS (N-1) -/It -ojjj+jx N-1- cos (N-I)x x4twj Xo Cg +jx C -r;iX2C j+. ..+ +dXN-2C.j +4x., CN-I , где GO cosO+cos(l 4 tto )+cos(

X;lt- Ul) + .. .+COS (N-1) dtWJj N-1

51 cos(ko +4t (X/) 0;

k,:o C {cos(I -л t4i)+cos(2-dt w ) +

+cos(3 - t tc ) + . .+COS C(NN-1

-l)-4tu)j (k,jtw ); Cj {cos(2-dt a;)+cos(3-at w ) +

+cos(4 tuO + . .+COS (N-1)

H t

«ituijj Z cos();

N-2

COS (N-2) -d t-u)J +COS (Nf/-1

15

20

25

30

-1) t и 51 cos (k,. AtLa ); k,a

., COS f(N-I).4t -Ш .

Аналогично и для В(щ) выполняются вычисления:

В(ш) Jx5.,S,+jx,S. + ..,+ , .

где So fsinO+s;;n(l .jtu) )+sin(2).

.f + ---+sin()

(kj,t ы) 0;

2g

40

4g

gQ

sin(I -л t-ui)(2 jt-uj) + +sin(3- dt-tj) + . . .+sin (NN-1

-1) 4t-wjj- H sin());

f sin(2 .))+sin(3 ) + +sin(4- 4t-a)) + .. .+sin (NH-f

-1) 4ta;J( Z sin(k ijt-u));

k2--2

N 2

N-1

81пГ(Ы-2) -4t-k;1+sin (NN 1-l)) т sLn();

sin(N-l) .

Таким образом, в блоках 5 и памяти записаны значения сумм S соответственно для всех значений i

1

г и С.

О, N-1.

Формула изобретения

Устройство для вычисления коэффициентов Фурье, содержащее триггер, генератор тактовых импульсов, элемент И, счетчик, первый и второй накапливающие сумматоры, выходы которых являются выходами соответственно мнимой и реальной частей результатЯ устройства, а входы начальной установки первого и второго накапливающих сумматоров, единичный вход триггера соединены между собой и являются установочным входом устройства, выход переполнения счетчика является выходом готовности результата и подключен к нулевому входу триггера, единичный

выход которого подключен к первому входу элемента И,второй вход которого подключен.к выходу генератора тактовых импульсов, отличающее- с я тем, что, с целью сокращения аппаратурных затрат, оно содержит следящий аналого-цифровой преобразователь, первый и второй блоки постоянной памяти-, адресные входы которых подключены к информационному выходу

счетчика, счетный вход которого соединен с управляющими входами первого и второго блоков постоянной памяти, тактовыми входами следящего аналого- цифрового преобразователя, первого и

второго накапливакйцих сумматоров и подключен к выходу элемента И, выходы первого и второго блоков постоянной памяти подключень к информационным входам соответственно перво513323306

го и второго накапливающих суммато- цифрового преобразователя, информа- ров, управляющие входы которых под- ционньш вход которого является инфор- ключены к выходу следящего аналого- мационным входом устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для оперативного определения коэффициентов ДПФ в реальном масштабе времени и может быть использовано в автоматике, радиотехнике и других областях науки и техники. Цель изобретения - сокращение аппаратурных затрат. Устройство содержит триггер 1, генератор тактовых импульсов 2, элемент ИЗ, счетчик 4, следяш о аналого-цифровой преобразователь 6 и два накапливающих сумматора 7, 7j. Введение следящего аналого-цифрового преобразователя 6 и двух блоков памяти 5 и 5 позволяет достигнуть цели изобретения. 1 ил. (Л