Цифровой генератор спектра фурье Советский патент 1974 года по МПК G06F17/14 G06F1/02 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени.

Известны генераторы спектра Фурье, содержащие генератор тактовых импульсов, счетчик, преобразователь аналог - код, множительные блоки и сумматоры.

Работа этих генераторов основана на умножении каждого дискретного отсчета сигнала на цифровой эквивалент мгновенного значения синуса (косинуса), который выдается из специального циклического устройства. Полученные частные произведения суммируются, в результате чего после обработки последнего отсчета формируется значение коэффициента Фурье данной гармоники, которое выдается для считывания. Процесс повторяется до тех пор, пока все требуемые гармоники не будут вычислены.

Таким образом, эти устройства определяют коэффициенты Фурье последовательно и для работы в реальном масштабе времени имеют блок хранения дискретных отсчетов сигнала, осуществляюш,ий сжатие их во времени. Коэффициенты Фурье генерируются в течение промежутка времени, следуюш,его за временем поступления дискретных отсчетов. Таким образом, эти устройства не имеют времени

для оперативного анализа спектральных составляющих.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

Эта цель достигается тем, что в предложенное устройство, введены образователи кода аргумента в значения синуса и косинуса, входы которых соединены с выходом формирователя кода аргумента и знаков синуса и косинуса, а выходы - со входами соответствующих множительных блоков, формирователь кода аргумента и знаков синуса и косинуса, первый вход которого подключен к выходу делителя частоты, второй - к выходу счетчика, третий - к выходу генератора. Выход формирователя подключен ко входу преобразователя кода аргумента в значение синуса и косинуса. Первые входы схем совпадения подключены к выходу счетчика, вторые - к

выходам сумматоров, а выходы - к выходу устройства. Первые входы параллельно сдвигающих регистров подключены к выходу генератора, вторые - к выходам сумматоров, а выходы - к выходам сумматоров.

Это позволяет совместить время вычисления всех коэффициентов Фурье с временем поступления дискретных значений исследуемого сигнала. При этом частные произведения, составляющие коэффициенты Фурье всех гармоник, вычисляются каждый раз за промежуток

времени между двумя последовательно ноступающими дискретными отсчетами. В результате отпадает надобность в сжатии отсчетов по времени и связанном со сжатием устройстве памяти. Выдача числовых значений коэффициентов Фурье также осуществляется между двумя дискретными отсчетами в начале следующего цикла приема иН;4: ормации о сигнале.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема преобразователя кода аргумента в значения синуса (косинуса).

Устройство содержит преобразователь аналог-код 1, генератор тактовых импульсов 2, делитель частоты 3, счетчик 4, формирователь 5 кода аргумента и знаков синуса и косинуса, -преобразователи 6, 7 кода аргумента в значения синуса и косинуса соответственно, блоки умножителей (множительные блоки) 8, 9, сумматоры 10, 11, параллельно сдвигающие регистры 12, 13, схемы совпадения 14, 15, преобразователь код-аналог 16, дискриминаторы 17, дешифратор номера порога 18, коммутатор 19 пороговых значений аргумента, коммутатор 20 числовых пороговых значений функций, блок формирования разности 21, коммутатор приращений функций 22, суммирующую схему 23 и умножитель 24.

Цифровой генератор спектра Фурье работает следуюЩИм образом.

Определение спектральных составляющих исследуемого сигнала основано на реализации следующего алгоритма:

А k - в п .| «

где Ли и Bfe - коэффициенты Фурье исследуемого сигнала при косинусе и сииусе соответственно;

Хг - числовое значение дискретного отсчета сигнала;

i - порядковый номер дискретного отсчета;

k - порядковый номер гармоники;

п - число дискретных отсчетов.

Исследуемый сигнал /(О поступает на вход преобразователя аналог-код 1, где происходит его дискретизация частотой, идущей с выхода делителя 3, и преобразование дискретных отсчетов в цифровую форму. Коды дискретных отсчетов подаются на объединенные входы блоков умножителей 8, 9, формирующих частные произведения

KI cos ki - и x(i) sin kt - .

nn

Цифровые значения синуса и косинуса формируются преобразователями аргумента в значение синуса 6 или косинуса 7 по кодовым значениям аргументов функций синуса или косинуса, поданным на соответствующие входы этих преобразователей из формирователя 5.

Формирование кода аргумента и знаков синуса и косинуса осуществляется за время между двумя импульсами частоты делителя 3 следующим образом.

Номер I дискретного значения, зафиксированный на счетчике 4, суммируется k раз стробирующими импульсами генератора 2 в формирователе 5.

Знаки функций синуса и косинуса в форми.

рователе 5 определяются числом - по изве4

стному алгоритму, вытекающему из периодичности функций синуса и косинуса. Значения

ki, являющиеся кодами аргументов функций в процессе определения частных произведений всех гармоник при фиксированном i последовательно выдаются для , 1, 2, 3, ...

Цифровые значения частных произведений с

указанием их знаков поступают на су.мматоры 10 и И. Знак частного произведения осуществляет переключение сумматора на суммирование или вычитание. В результате частное произведение, поступающее на сумматор, либо

суммируется с предыдущим результатом, либо вычитается из него.

Каждый сумматор 10 и И связан прямой и обратной связью с соответствующими сдвигающими регистрами 12 и 13, что позволяет осуществлять циклическое движение сумм частных произведений, соответствующих 0,1,2, 3, ..., внутри сдвигающих регистров с возвращением в сумматоры сумм для ко времени очередного (I + 1)-го дискретного отсчета сигнала.

Параллельно сдвигающий регистр выполнен в виде параллельно соединенных разрядных цепочек, образующих уровни (число уровней равно числу определяемых гармоник).

Сдвиг слов в регистре происходит с тактовой частотой генератора 2 и заключается в перемещении состояния разрядов всех цепочек сдвигающего регистра в соответствующий разряд цепочек следующего уровня. В результате происходит движение разрядных слов, соответствующих суммам частных произведений по уровням параллельно сдвигающего регистра. После k умножений на вторые входы сумматоров 10 и 11 подаются из параллельно сдвигающих регистров 12 и 13 суммы частных произведений, соответствующих нулевой гармонике, и генератор готов к следующему циклу вычислений.

Очевидно, что за время выдачи всех п отсчетов в разрядных цепочках параллельно сдвигающих регистров 12 и 13 по всем уровням будут накоплены значения коэффициентов Ak и BhВ промежутке времени между засылкой /г-го дискрета исследуемого участка сигнала и первым отсчетом следующего его участка осуществляется выдача коэффициентов Фурье Ah и Bh через открытые схемы 14 и 15 на внешнее устройство или ЦВМ.

Предмет изобретения

Цифровой генератор спектра Фурье, содержащий генератор тактовых имнульсов, делитель частоты, соединенный с входом счетчика, преобразователь аналог-код, первый вход которого соединен с входом счетчика, а второй - с источником информации, множительные блоки, входы которых подключены к выходу преобразователя аналог-код, сумматоры, первые входы которых подсоединены к выходам множительных блоков, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены преобразователи кода аргумента в значения синуса и косинуса, выходы которых подключены ко входам множительных блоков, формирователь кода аргумента и знаков синуса и косинуса., первый вход которого подключен к выходу делителя частоты, второй - к выходу счетчика, третий - к выходу генератора, выход формирователя подключен ко входу преобразователей кода аргумента в значения синуса и косинуса, схемы совпадения, первые входы которых подключены к выходу счетчика, вторые - к выходам сумматоров, и выходы - к выходу

устройства, параллельно сдвигающие регистры, первые входы которых подключены к выходу генератора, вторые - к выходам сумматоров, а выходы - к входам сумматоров.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем преобразователь кода аргумента в значения синуса и косинуса содержит другой преобразователь код-аналог, выход

которого соединен с входами дискриминаторов, а их выходы - с входами дешифратора номера порога, выход которого соединен с входами коммутаторов, выход коммутатора числовых пороговых значений функции соедийен с первым входом суммирующей схемы; выход коммутаторов пороговых значений аргумента соединен с первым входом блока формирования разности, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с коммутатором приращений функции, а выход - со вторым входом суммирующей схемы; причем вход преобразователя кода аргумента в значение синуса, косинуса подключен ко входу преобразователя код-

аналог, а выход - к выходу суммирующей схемы.

JD

О

ill

1