Цифровой гармонический анализатор Советский патент 1975 года по МПК G06F17/10 G01R23/16 

(54) ЦИФРОВОЙ ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР поименных злементав «ИЛИ-НЕ, выходь KOTopbhx соединены со входами одноименных разрядов второго сумматора, выходы которого соединены с соот,ветс11вуюшиМИ ингформацноннымн выходами формирователя кода а ргумеита и знаков синуса л косинуса, выход иараполненмя регистра соединен со входом блока знаков, третьилги входами элементов «ИЛИ-НЕ и «входом младшего разряда второго сумматора. На (}зиг, 1 Иредетавлена блок-схема иредлагаемого цифро.вого га рмон ического анализатора; на фиг. 2 - блок-схема формирователя .кода аргументов и знаков синуса « -косинуса. у нал1Г затор содержит блок / ввода, блок 2 умножения, счетчик 3 обратного счета, дешифратор 4 пороговых значений, счетчик 5 гря.мого счета, схемы 6 м 7 opaBiHeHiiH, накапливающие регистры 5 И 9, формирователь 10 кода аргумента и зна-ков синуса и косинлса, блок // установки номера raipMoinnw-i, элементы «И 12 и 13, генератор 14 тактовых им.иульео.в и делитель /5 частоты. Фор.мирователь (см. фиг. 2) содержит сумматор 16, регистр 17, пруллу элементов «ИЛИ-НЕ 18, сумматор 19 и блок 20 зргакоВ. Цифровой га|р.моннчсский анализатор работает еледуюш.им образом. Алгоритм 0пре.делеиИя коэффициентов Фурье Ah и В основан на формулах Бесселя: V/ Jir -Г 2 0 ::г- Л,- -где л-(/) - дискретное Значение исследуемой реализации в цифровом коде; i - порядковый номер диск.ретного значения; /С - порядковый номер гармоннки; п - общее Чиело дискретных НИИ отрезка реализации, которое в данном цифровом гармоническом анализе выражается числом 2, где р- целое число. Этот алгоритм иреобразуется при замене значений синуса и косинуса кусочно-линейной ацпроксимируюш,ей функцией так: /2т. 2 г (/) sign cos/Г,- -.. .x(i) / . С - .Г 2 f (1) Sign sin - Здесь ф(/) - некоторая кусочно-линейная функция, антроксимируюшая взвешенную функцию синуса, соответствуюшую главному эначению аргумента, т. е. Csiiiri О 6 , ; С 1Выб И1рается таким, чтобы любое значение взвешенной фун.кцни выражалось целым число.м; / - код аргумента функции синуса, соВ- fiS с номером кванта а:1И роксимаи:.1;1 ции, при котором (/): с: sin/Г,: /I д аргумента взвешенной фуикци: совиадаюиии: с номером кванта ап„ , п . иИ этой (руикции и равный---/. оимирхющая взвешенная функция ) занисывается так: 2 ( ) Q /г,)Лср(т), (.3) число, разное а , пороговое значение кода аргумента, при Котором изменяется значение 1;рп)ашен1 я функции Аф(г); номер ближайшего меньшего -порогового числа квантов аипроксимации по отношению к текущему / значению аргумента, т. е.: .-: -(-1 1 - ле а,„ ,. г -л/ у ф-орму.ча (2) приобретает вид: п; , (r + 1/2-- у АО (т sign ( sin Ki, V л-(2)Дср(0.| у Дер (т льно: Г) г т Г -С.. П/ пде Лг - число, фиксируемое регистром /7 Ири каждом та.кто.вом импульсе, соответствующем кванту анпроксимации между двумя пороговыми значениями силуса; 2 . число, ф1 коируемое регистром /7 при числе тактовых и,миульсов, равном разности между двумя соседними иорогозымн зкачения ми аргумента синуса; V V д - чИСло, фиксируемое на periiCTipe П и .ра.вное произведению лэрогового з,нячс1нпя Gs.BemcHHoro синуса, . к искомому значен.ию, на дискретное зпаченио :;;роцесса x(i). Цифровой гармонический анализатор реализует алгоритм (4) и собран иа элемснт:;х транзисторно-транзисто рной логики. В начальный момент Времени автоматически в счетчике 3 обратного счета устанавл);Вается код начального п.риращения тригонометрической фун,кции (синуса) Дф(0); .все остальные блоки устанавливаются в нулезсе положение, а из блока // установки номера гар.моники на вход формирователя 10 кода аргумента м знаков си,нуса И .косинуса подается код номера гармоники, соответствующий коэффициентам Ak и Sft. При работе цифрового га1р.мон.ического анализатора каждый «мпульс цикла, лоступающий от делителя 15 частоты, с носителя записи в блоке 1 ввода вводит -очередное днскрет.ное значение, формирует Соответствующий ему код аргумента и знаки синуса и .косинуса .в формирователе 10 кода аргумента л знаков синуса и косинуса, а также от-крывает элементы «И 12 и 13 для ;Т1ро.хождения через них на накацливающне регистры 8 и 9 тактовых стробирующих имлульсов от генератора 14 тактовых импульсов. Кроме того, тактовые импульсы генератора 14 тактовых импульсов поступают на пересчетный вход счетчиыа 5 пря.мого счета, емкость которого п равна -т- .. При каждом цикле работы происходит лоследовательное за полнение счетчика 5 прямого счета Т1актовыми импульсами до числа- Прп фйкснров ании счетчиком 5 прямого счета числа импульсов, соответствующего коду значения аргумента / схема 6 сравнения формирует им1пульс, за кры1вающ:ий элемент «И 13 для прохождения через наго тактовых импульсов, фиксирующих iB накаллищающем регистре 9 частное произведение коэффициента Фурье при синусе. При фиксировании счетчико;м 5 прямого счета числа импульсов , соответствующего .коду значения аргумента косинуса, с ло.мощью схемы 7 сравн.гния закрывается элемент «И 12, и тактовые импульсы, фиксирующие частное произведение .коэффициента Фурье лри косинусе, не лоатупают на накапл Иваю-Щ|ИЙ регистр 8. Одновременно при Т1ос,тедователь ном заполнении импульсами счетчика 5 прямого счета дешифратор 4 пороговых Значений формирует импульсы, соответствующее п ос л едов1а тельным пороговым значениям аргумента. Эти имиульсы в счетчике обратного счета при каждом пороговом значении аргумента изменяют код начального ;:риращения функции синуса, последовательно уменьшая каждый раз это з-начение на единицу (иачальнсс прчфащение .вз.вешенной функции синуса равно 6. число пороговых значений равно 6 при « 1024 п точности пычисления значения ои.нуса до третьего знака). Произведение каждого дискретного значения процесса x(i) да текущее значение Прпращения функции синуса Лф постоянно подготавливается блоком 2 умножения, а при каждо.м тактовом импульсе это про.иззедение с учетом злака синуса и косинуса в накапливаюп1их .регистрах 8 и 9 сум.мируется (вычитается) с суммой предыдущих частных про; ззедений, состаБля1ОЩ1Их коэффициенты Фурье. При накоплении на счетчике 5 П1рямого п счета числа -т-, что соответствует напоольще: iy главному значению ар:гу ента спнуса или косинуса, следующий тактовый импульс произведет переполнение счетчика 5 прямого счета, что равноспльно установке его в начальное состояние. Одновременно информация о переполнешш счетчика 5 П|ря,мого счета вырабатывает команду установа и счетчика 3 обратного счета в исходное состояние для начала нового цикла. Новый цикл определения очередного f(+I)-ro частного п.роизведенИЯ начнется после .появления 1И.мпульса цикла от делителя 15 частоты. После поступлення п дискретных значений исследуемого процесса на накапливающих репистра.х 5 и 5 будут зафиксированы коэффициенты Фурье А и Б/,. Формирователь 10 Кода аргумента и знаков синуса и ко.сину.са ра.ботает следующим образом. В течение всего времени определения коэффициентов Фурье Л/j и Bh данной гармоники по первым входам .су.мматора 16 подается «од тармоники k. Этот код после подачи первого стробирующего импульса цикла переносится .на perncTip 17; этим са.мым фо; м.ируется l k, соответствующее обработке (первого дискретного значения исследуемого процесса. Так .как поразрядные выходы регистра 17 .соединены с соответствующими вторым.и входалш сумматора 16, то на его выходе подготавливается число j k+k и соответствующее обработке второго дискретного значения, если . При поступлении второго «млульса цикла .на регистре 17 фиксируется число 2/г, а на сумматоре 16 подготавливается значение 3/, И т. д. „ , . ге Ьсли , Прямой код этого числа проходит Через груапу элементов «ИЛИ-НЕ 18 и сумматор 19 на выход .формирователя кода аргумента и зв.акоз синуса .и косинуса 10. Как только kf достигает значения, превыишющего J-, произойдет лереключение группы элементов «ИЛИ-НЕ 18, и обратный .код числа

11

:у:мматора 19, а па

ki-p поступит на входы

второй вход первого |разряда сумматора 19 поступит едшгица переполпения регистра 17. Таким образом, на выходе сумматора 19 будет

сформирован код j ki-р- + 1. Такая схема

позволяет осуществлять последовательное пзмепение кода аргумента / с цикличностью )3менен-ия -спнуса при изменении его угла от О до 2.-т.

Последние два разряда регистра 17 я.вляются знаковыми и позволяют с помощью логической схемы блока 20 знаков .выделять информацию о накоплении ,на регистре 17 чисел

п п ,,

-т- и -7) Неооходимых для формирования знаL

КОВ тркгоно.мет|р:ических функций коси.нуса и си-нуса, так как эти чцсла соответствуют з,начениям аргумента , и л. Информация о смене знаКа косипуса используется также для .выделения кода главного значения а1ргумепта, переключения грушпы элементов 18 и формирователя единицы лереполнения рсгистр;а 17.

Пред м е т и :з о б р е т е н и я

1. Цифро.вой гармолический анализатор, со.держащий соединенные последовательно генврато р тактовых ш-гпульсав и делитель частоты, выход которого соедННен со В:ходом блока ввода и первыми входами двух элементов «И, вторые входы которых подключены к выходу генератора та.ктовых им1пульсов, соединенного со входом счетчика прямого счета, выход блока ввода через блок умножения, подключенный вторым входом к выходу счет чика обратного счета, сое.ди;нен с первыми входами двух накапливающих регистров, последовательно соединелные блок установки номера гармоники И формирователь .кода аргумента и знаков Силуса и коеинуса, а также две схемы оравненИя и дешифратор пороговых значений, отличающийся тем, Что, с целью повыщенпя быстродействия, в нем выход делителя частоты соединен с импульсным входом формирователя хода аргумента и знаков синуса и .коспнуса, ипфор.мациолные .выходы которого соединены с первыми входами схем сравнения, а знаковые выходы сое1дцнены со вторыми входами соответствующего накапливающего регистра, третьи входы которых подключе;1ы к выходу соответствующего элемента

«И, третьи входы которых лодключены к выхо.дам соответствующих схем сравнения, вторые .входы которых соединены со входом деЩИфратсра -пороговых значений и подключены к первому выходу счетчика (Прямого счета,

второй выход которого соединен с первым входом счетчика обратного счета, подключенного вторым ВХОДОМ к выходу дешифратора пороговых значеиий.

2. Анализатор ло л. 1, отличающийся тем,

что в ием формирователь кода аргумента и зпако1в силуса и косинуса со.держит два сумматора, регистр, группу элементов «ИЛИ-НЕ и блок зиаков, выходы которого соединены с соответствующи.ми знаковыми выхода:ми формирователя кода аргумента и з.наков синуса п .косинуса, входы кода гармоник которого соедписны со .входами соответствующего разряда первого сумматора, вторые входы Которых подключены к единичным выходам одноимепных разрядов регистра, и.нфор.мацио} ные .входы которого подключены к выходам одноименных разрядов иервого сумматора, а стробируемый вход иодключен к ИМпульсному входу формирователя ко.да аргумента и знаков синуса и косинуса, единичные и нулевые выходы разрядов регистра соединены соответственно с первыми и вторыми входами однонмениых элементов «Р1ЛИ-НЕ,выходы которых соединены со входами одноименных разрядов второго сум.матора, выходы которого соединены с соответствующими информационными выходами формиров1ателя кода аргумента и знаков синуса и косинуса, выход пере1полнения регистра сое.дипе.н со входом блока

знаков, третьи ми входами элел1ентав «ИЛИ- НЕ п входом младщего разряда второго сумматора.

Инфорпаи, dbtxoBtL

Фиг 1

Иппульсный вход

(Знакодые . Выходы