Цифровой синтезатор синусоидально- косинусоидальных сигналов Советский патент 1980 года по МПК G06F15/34 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной тех ники и может быть использовано в цифровых специальных анализаторах параллеа.ьного действия, в синтезаторах речевого сигнала, в генераторах весовых функций адаптивных ци4ровых фильтров. Известен цифровой генератор синусоидально-косинусоидальньж функций, содержащий счетчик, память, сумматор и элементы И i . Однако он имеет большую погрешност (4%) и низкое быстродействие. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является синтезатор, содержащий первый счетчик, соединенный с первым входом накапливаЕощёго сумматора, подключенно го прямым выходом к первому входу пе вой вентильной схемы, соединенной вы ходом с одним из входов матричного блока умножения, другой вход которого соединен с выходом -второй вентильной схемы,первый вход которой подключен к инверсному сумматора, выход блока умножения соединен с выходом первого регистра памяти 23. Указанное устройство, обладая вьсо- КИМ быстродействием, при генерировании синусоидально-косвнусокдапьных сигналов, имеет низкую точность. Цель изобретения - повышение точ-: ности. Поставленная цель достигается тем, что в синтезатор, содержащий первый счетчик, выход которого соединен с первым входом сумматора, прямой выход которого соединен с первьл и входами элементов И первой группы, выходы элементов И первой группы пЬйключены к первому входу матричногх) блока умножения, второй вход которого подключен к вь1ходам элементов И второй группы, первые входы которых подключены к ийверсному выходу сумматора, выход матричного блока умножения соединен со входом первого регистра памяти, введены второй счетчик, второй и третий регистры памяти, причем выход второго счетчика подключен к вторым входам элементов И второй группы, выход первого регистра памяти соединен со вторыми входами эпемеитов И первой группы и сумматора, выход матричного блока умножения сое динен с третьим входом сумматора и с первыми входами второго и третьего регистров памяти, вторые входы которых соединены с прямым выходом сумматора, а выходы - соответственно с четвертым и пятым входами сумматора, прямой выход которого подключен к выходу синте затора.

На фиг. 1 представлена блок- :хема синтезатора; на фиг. 2 - временная диа-« грамма его цифровых импульсов.

Синтезатор включает счетчики 1, 2, сумматор 3, группы элементов 4, 5 И, матричный блок 6 умножения, регистры 7-9 памяти.

Генерирование осуществляется по ал горит м у

V . - 0(;(-)i(M-vmn sKstnmuj r

(

Q.(-.fC,)|:M-(

лсоз.55

(

КсовтШдП,

де п О, 1, 2, .... - текущий номер

вырабатываемой дискреты приведенная основная частота; Т - период квантования гармонического сигнала;

И - емкость числовой линейки накапливающего сумматора; Гг - номер вырабатываемой часто-

2 ты (max m-M ); - масштабный коэффициент} Й-, ( коаффициб«ты, равные:

a,--V27; с /Лг.З;

,Г гтлп1 ...

K.

J imn

1м j

г.-еп11( mn.-Omn.)-e.M

/ VC

(-) - знак дискрет синусоидального

рсигнала ,

(Y I ---косинусоидального сигнала.

Первые слагаемые правых частей выражений (1) и (2) аппроксимируют с .точностью до 4% дискретные значения синусоидального и косинусоидального сигнала частоты m {jij согласно следую щим выражениям

(-) mn{M-mnyAsinmuj n-vM -г/ z(

к sin (З-Я, т и/дП,

(3)

((Г (mn -)М-{i V ) Acostn п-t V.

Погрешность аппроксимации определяется наличием в формируемом П .ом отсчете составляющих нечетных гармоник частоты ilnujQ .Наибольшие составляющие погрешности образуют 3-я и 5-я гармоники, входяшие в суммы выражений (3, 4) с коэффициентами соответственно 1/27 и 1/125. Алгоритм 1 (или 2) вычисления отсчета синусоидального (или, косинусоидального) сигнала с методической погрещностью I 4 0,6% включает наряду с вычислением основного результата 3 (или 4) и вьгаисление 3-ей и 5-й гарьюник частоты гп uj Q , а также вычитание их соответственно с весами 1/27 и 1/128 из произведения 3 (или 4).

Работает цифровой синтезатор следующим образом. Номер вырабатываемой частоты m скнусоидального сигнала устанавливается в счетчике 2 управляющими импульсами у 1 (фиг. 2). Одновременно текущий номер дискреты сигналов п устанавливается в счетчике 1 импульсами У 2, а затем импульсами V 3 записывается по соответствующей цепи в накапливающий сумматор 3. Вслед за этим на быстродействующем матричном умножителе производится вычисление произведения гТЬ с подачей потенциальных испупьсов V 10 на элементы И 4, 5. По истечении времени,необходимого на умножение, произведение trm записывается в регистр 9 импульсами V 16, затем перезаписывается в сумматор 3 по цепи записи импульсами V 4. Прямой код mh и обратный пл-тп перемножаются на умножителе с подачей потен- циальншх импульсов У 11 на соответствующие входные вентили. Результат перемножения, равный первому слагаекюму выражения (1), записьшается для хранения в регистр 8 импульсами V 14 (фиг. 2).

После этого в накапливающем сумматоре происходит двукратное добавление величины mn с регистра 9 импульсами V 5 и хранящейся там такой же величине, т.е. образуется фаза 3-и гармоники - 3 пТЬ . Затем в умножителе вычисляется произведение прямого и ратного кода этой фазы, т.е. формируетс отсчет 3-и гармоники синусоидального сигнала и после своего образования запи сывается в регистр 7 импульсами V 13 На том же умножителе происходит взвешивание на 1/27 отсчета синусоидальног сигнала 3-й гармоники, поступающего с регистра 7 через входные вентили 4 с помощью потенциальных импульсов V 12 Величина 1/27 поступает на второе пле чо умножителя с элементов 5 И с помощью тех же импульсов V 12. Одновременно в накапливающем сумматоре формируется фаза 5- гармоники 5 гпп путем двухкратного добавления к хранящемуся в накапливающем сумматоре результату величины тп на регистре 9 с помощью импульсов суммирования V 5. Образованная величина 5 frm записывается в регистр 9 импульсами V 17. После этого в сумматор 3 запиCbiBaeTCH величина, описываемая выражением (3), с регистра 8, и вычитается из нее величина () к тому времени образованная в умножителе. Затем полученный результат запись1вает-ся в регистр 8, а в накапливающий сумматор - величина 5 из регистра 9 импульсами V 4 . После чего умножитель вычисляет 5-ю гармонику, которая после своего образования выдается в регистр 7с весом 1/128. Взвешивание на отсчета 5-и гармоники осуществляется путем сдвига разрядов в сторону старшего при перезаписи с множительного устройства в регистр 7 импульсами V 18, Одновременно в накапплш ающий сумматор по пепи записи с подачей импульсов V 8 поступает из регистра 8 первая разность правой части выражения (1), из которой затем вычитается взвешенный отсчет 5-й гармоники хранящейся в регистре 7, с помощью импульсов V 9. .Полученный результат nsin сформированный с погрешностью не более 0,6-о, выдается на выход с накапливаюи1его сумматора 3. При получении косинусоидального сирнала той же частоты процедура вычислений повторяется с той лишь разнипей, что каждый раз после образования в соо ветствуюший момент времени в сумматора (3) величины гпп , она увели- на м/2, путем добавления единицы в старший числовой разряд сумматора импульсами V 8. 7 об- птп 66 видно КЗ временной диаграммь, длительность вычисления как отсчетов синусоидального, так я косинусоицаль- ного сигнала определяется временем выполнения 6 операций умножения на матричном умножителе, быстродействие которого на современном уровне может быть высокое. Отсюда быстродействие генератора достаточно высокое. ДаннЬе устройство с помощь дополнительного счетчика, двух дополнительных регистров и новой органнз щии связей позволяет осуществлять гибкую перестрой ку частоты mujQ и генерировать отсчет.ы синусоидального и косинусоидального саг o, налов любой из частот muj(j a погрешностью не более О,6 % Формула изобретения Цифровой синтезатор синусоидальнокос imyco ид ал ьных сигналов, содержащий первый счетчик, выход которого соединен с первым входом накапливающего сумматора, прямой выход которого соединен с первыми входами элементов И первой группы, вь.ходы элементов И первой группу подключены к первому входу матричного блока умножения, второй вход которого подключен к выходам элементов И второй группы, первые входы которых подключены к (шверсному вькоду сумма тора, выход матричного блока у ножения соединен со входом первого регистра памяти, отличающийся тем, 4TOj с целью повьшения точности, в тезатор введены второй счетчик, второй и третий регистры памяти, причем выход второго счетчика подключен к вторым входам элементов И второй группы, вырход первого регистра памяти соединен со вторыми входами элементов И первой группы и сумматора, выход матричного блока умножения соединен с третьим входом сумматора и спервымп входами второго в третьего регистров памяти, вторые входы которых соединены с прямым вы-ходом сумматора, а выходы - соответст- венно с четвертым и пятым входами сумматора, прямой выход которого подключен р выходу синтезатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 399851, кл. Q 06 F 1/02, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР k 466499, кл. G 06 F 1/02, 1974.