Устройство для вычисления коэффициентов фурье Советский патент 1979 года по МПК G06F17/14 

блок устройсгва имеет распределенную структуру и разбито на Еоб N арифметических устройств (АУ), каждое из которых обслуживает один блок памяти. Принцип действия устройсгва прёдуоматриваег, что в течение первых тактов, когда заполняется регистр первого блока памяти, все АБ бездействуют, далее на протяжении еще тактов работает пншь первое АБ, затем в течение тактов - лишь первое и второе АБ и.т.д. Все А Б работают только в интервале меж ду отсчетами входной реализации с номерами N - 1 и W . Таким образом, недостатком данного устройства является значительная аппаратурная избыточность и, как следствие, неудовлетворительные габаритно-весовые характеристики и низкая надежность., Цель изобретения состоит в повыше/ни надежности, уменьшении габаритов и веса устройства. Указанная цель достигается тем, что Б устройство для вычисления N .коэффицие тов Фурье введены первый и второй муль типлексоры, коммутатор, формирователь серий импульсов с возрастающим периодо и дополнительный блок сдвига, причем вы ход тактового генератора подключен к синхронизирующему входу дополнительног блока сдвига и ко входу формирователя серий импульсов -с возрастающим периодом, выход которого подключен к синхронизирующим входам блоков сдвига, перва группа выходов дополнительного блока сдвига и выход аналого-цифрового преобразователя подключены к первой группе информационных входов первого мультиплексора, вторая группа выходов дополнительного блока сдвига - к первой груп пе информационных входов второго мультиплексора, информациопный вход дополнительного блока сдвига подключен к вы ходу аналого-цифрового преобразователя, вй;ходы первого и второго мультиплексоров и выход постоянного запоминающего блока подключены к информационным входам арифметического блока, выход которого подключен к информационному входу коммутатора, выходы коммутатора подключены к информационным входам блоков сдвига и ко второй группе информационньге входов первого мультиплексора, выходы блоков, сдвига подключены ко второй группе информационных входов второго мультиплексора, адресные входы первого и второго мультиплексоров, а также адресный вход кo 1мyтaтopa подклю чены к соответствующим ВЁ1ходам блока управления. Структурная схема устройства вычисления N коэффициентов Фурье показана на фиг. 1. На фиг. 2 - эпюры сигналов в соответствующих точках устройсгва. Устройство содержит Роб лН- 1 блоков 1 сдБига,соммутатор 2, постоянный запоминающий блок {ПЗБ) 3, блок 4 угфавле-. НИН, аналого- 1ифровой преобразователь (АЦП) 5, тактовый генератор (ТГ) 6, первый и второй мультиплексоры 7,8, формирователь серий импульсов (ФСИ) с возрастающим периодом 9, дополнительный блок 10 сдвига, арифметический блок (АБ) 11. . Пополнительный блок сдвига 10-состоит из W ячеек, каждая из которых хранит код одного отсчета и имеет разрядность, равную разрядности выходного кода АЦП. Выходы ячеек с номерами /N N fie-i -(.,v)%, 2--0 2 подключены к первой группе информационных входов первого мультиплексора 7. Здесь к - целое, заключенное в пределах КN -S ga KxEog,--, и определяемое при н 1,...., 0 Ij3a/e 1,2,...; ( - 1) - целые числа, удовлетворяющие условиям (ео|,к-1) р 2((Ье-. g . rnet - время выполнения совокупности арифметических операций над одной.-парой отсчетов для данного арифметического блока; Т - период импульсов тактового генератора. Выходы ячеек с номерами Jj/2 и N , /. VI N л к-1 fte-L 1 ;-24 -Н-г г)|.„ %тт подключены к первой группе информационных входов второго мультиплексора 8. Каждый из блоков сдвига состоит из числа регистров,-равного разрядности выходного кода АЦП. Устройство работает следующим образом. На первом этапе входная реализация в аналоговой форме поступает на информационный вход АЦП 5, с выхода которого в виде последовательности V/ цифровых отсчетов она загружается в дополнительный блок сдвига 10, которыГ последовательно сдвигает информацию с частотой аналого-цифрового преобразователя 5, задаваемой ТГ 6. В момент времени, соответствующий поступлению отсчета с номером - + 1 по команде, вырабатывающейся блоком управления 4, мультиплексоры 7 и 8 подключают выход АЦП 5 и выход ячейки дополнительного блока сдвига 10 с номером-5- к информационным входам АБ 11. Одновременно адрес соответствующего вектора поворота поступает в ПЗБ 3, а в АБ 11 подается значение данного вектора. Поступившие отсчеты умножаются на вектор пово рота, складываются, и результаты через коммутатор 2, управляемый блоком управ ления 4, последовательно засылаютдя в первый блок сдвига. Описанная процедура повторяется с частотой поступления входных отсчетов до тех пор, пока первый блок сдвига не заполнится. На втором этапе объем вычислений, производимых АБ 11 над входными данными, возрастает более чем в два раза, поскольку после операций над числами, поступающи ми с выходов дополнительного блока сдвига 10, А Б 11 производит аналогичные операции над значениями, поступак щими через мультиплексоры с входа и выхода первого блока сдвига, причем результати этих операций через коммутатор 2 засылаются во второй блок сдвига через интервалы времени, задаваемые ФСИ 9. При этом время, отведенное для арифметических операций над каждой парой отсчетов на втором этапе, превышае период следования тактовых импульсов. Поскольку числа, с АЦП 5 поступают с частотой ТГ, соответствующие пары отсчетов входной реализаций за время паузы между импульсами ФСИ сдвигаются из ячеек с номерами 1 и . в последующие ячейки. Ячейки, содержащие в моменты поступления импульсов ФСИ необходимую информацию и соединенные с входами мультиплексоров 7 и 8, подключаются к входам АБ 11. После того. как заканчивает действие над предыдущей парой отсчетов на его входы из дополнительного блока сдвига 10, ПЗБ 3 и первого блока сдвига поступают следующие операнды. Указанный порядок работы сохраняется до тех пор, пока не заполнятся сдвигающие регистры второго блока сдвига и их содержимое не начнет поступать на входы мультиплексоров 7 и 8. Пг1лее начинается третий этап работы и объем вычислений в АБ 11 снова возрастает. Вместе с этим увеличивается и время, отводящееся на эти вычисления поскольку интервал между им- пультзами ФСН растет по соответствующему закону, таким образом, снижается частота сдвигов в блоках сдвига. При этом период Т сдвигов в дополнительном блоке сдвига 1О остается неизменньгм, а необходимые пары отсчетов выбираются из соответствующих ячеек блока, номера которых заранее известны. Цикл работы продолжается по этапам, пока не заполнятся регистры последнего блока сдвига. содержащие значения коэффициентов Фурье. При этом в интервале между Н тактами в дополнительный блок сдвига 10 загружаются отсчеты следующей реализации входного сигнала. На фиг. 2 (а,б) показаны эпюры сигналов в соответствующих точках устройства. Ниже приводится расчет номеров ячеек дополнительного блока сдвига, которые подключены к информационным входам мультиплексоров 7 и 8 для любого допустимого закона распределения во времени выходных импульсов ФСИ. Указанный закон характеризуется количеством импульсов тактового генератора ft , заполняющих интервал между выходными импульсами ФСИ на к-этапе вычисления коэффициентов Фурье. Нижняя граница диапазона возможных значений Р U определяется из условия, что в интервале между импульсами ФСИ АБ 11, способный выполнить- совокупность арифметических операций над одной парой отсчетов (условную операцию) за tg , производит все необходимые вычисления, объем которых в соответствии с алгоритмом БПФ составляет на к-этапе 2 (2-1) условных операций, т.е. (2-1)Верхняя граница диапазона возмож.ных значений определяется необходимостьк, вычисления N коэффициентов Фурье в реальном масштабе времени, т. за время, равное длительности одной реализации - VIV : (eo,N-i) 1Ь И-л- 1 Выбор (2)ц, удовлетворяющих указаннык; условиям, однозначно определяет номера ячеек дополнительного блока сдвига, подключенкых к информационным входам муль типлексоров 7 и 8. Номера -ячеек, содег жащих необкодимые операнды для вычислений на к-эгапё, отличаются между собой на величину, кратную jSj -1. Отсюда для ячеек, подключенных к первому мультиплексору 7 и родержащих отсчеты на агорой половины реалвзаини, имеем; i V V44 где/3о 1, к - целое чийпо, которое опредвдяегся иэ неравенства Ч. .41прИ H-2i - 1 О -...., i.v-.-b. Для ячеек, подключенных ко второму мультиплексору 8 я содержащих отсчеты из первой половины реализации, имеем К г X/ « 1 i /5efti - bu-i i-4-UNI: i 2 / a 2«/ C-0 2. в предложенном устройстве благодаря наиболее полному использованию ариф метического блока улучшены габаритновесовые характеристики Hj как следстви повышена надежность. Формула изобретения Устройство дпя вычисления Н коэффициентов Фурье, содержащее о М - 1 блоков сдвига, арифметический блок, пос тоянный запоминающий блок, адресный вход которого по дюпочен к соответсгвую шему выходу блока управления, тактовы генератор, выход которого подключен к синхронизирующему вхо/зу аналого-иифро вогх) преобра;зОВателя, отличающе е с я тем, что, с цепью повышения надежности и упрощения устройства, в него введены первый и второй мультиплексоры, коммутатор, формирователь серий импульсов с возрастающим периодом и дополнительный блок сдвига, при- . чем выход тактового генератора подключен к синхронизирующему входу дополнительного блока сдвига и ко входу формирователя серий импульсов с возрастающим периодом, выход которого подключен к синхронизирующим входам блоков сдвига, первая группа выходов дополнительного блока сдвига и выход аналого-цифрового преобразователя подключены к первой группе информационных входов Первого мультиплексора, вторая группа выходов дополнительного блока сдвига - к первой группе информационных входов второго. мут(ьтиплексо эа, информационный вход дополнительного блока сдвига подключен К выходу аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго мультиплексоров и выходпостоянного запоминающего блока подключены к информационным входам арифметического блока, выход которого подключён к информационному входу коммутатора, выходы коммутатора подключены к информационным входам блоков сдвига и ко второй группе информационных входов первого мультиллексора, выходы блоков сдвига под1шю- чены ко второй группе информационных. входов второго мультиплексора, адресные входы первого и второго мультиплексоров, а также адресный вход коммутатора подключены к соответствующим выхолам блока управлений., . Источник информации, принятые во внимание при экспертазе. 1. Акц. заявк-ia Великобритании № 1330741, 1ш. q 4 Л, 06.07.71. 2.Авторсше свидетельство СССР № 421994, кл. С| 06 F 15/34, 13.0.9.71.: 3.Патент США N° 3816729, кл. 235-156, 11.06.74.

а

N/2

L

Л/« ui ny/ibcaS N/8 unnyfibCoS С периодамflf т с периодом / Т

J/2N

N I

1 I

2 импу/1ьса с периодом BfjfT.

иг.2