Цифровое устройство для вычисления тригонометрических коэффициентов Советский патент 1980 года по МПК G06F17/14 

(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в анализаторах частотных характе ристик случайных процессов и в других вычис лительных устройствах, использующих алгоритм преобразования Фурье, Для определения спектральной плотности сл чайного процесса чаще всего используется дискретное преобразование Фурье Cк--A Bк где к - номер rapMOHFn n, А и В - коэффициенты Фурье, которые определяются по формуле Бесселя; (л-Ьи)сОв(-ц.к ) 2. V BK.--rrS х(дЪ-иТб1У1( . x(At-n) - отсчет случайной величшаи Для получения тригонометрических коэффи- циентов (ТК) можно использовать устройство , построенное, на запоминающего устройства ЗУ. В ЗУ хранятся значения полуволны синуса. В состав устройства также входит счетчик номера отсчета, связанный через группу вентилей с : накапливающим сумматором. Накапливающий сумматор через группу веттшей связан с регистром адреса, который задает адрес в ЗУ, по которому читается соответствующее значение синусоидального сигнала. Считанное число передается на ЗУ на выходной регистр 1. Недостатком данного устройства является относительно больщое время получения старших значений синусоидального сигнала из-за того, что генерация синусовдальных сигналов производится с постоянным шагом квантования по частоте, равным единице, время получения одного значения равно двум тактам работы. Наиболее близким по технической сущности к рассматриваемому является устройство, содеращее счетчик 1шсел, который через блок элемента И соединен с накапливающим сумматоом, который соединен с блоком моделирования функции, и устройство управления, состоящее из трех цепей последовательно соединенных счетчика и дешифратора, управляемых комбинационной схемой. Устройство позволяет за один такт обращения получить очередное ;значение ТК с переменным шагом по частоте 2 J.

Недостатком этого устройства состоит в невозможности организации гибкого Фурьеанализа, так как параметры генерируемой матрицы ТК (N, К) жестко определены схемой устройства управления, т. е. большое время изменения параметров анализа.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Для этого в устройство, содержащее блок управления, счетчики, дешифратор, сдвиговый регистр и накопительный сумматор, выход которого соединен со входом блока формирования синуса, введен блок элементов И, а блок управления состоит из элементов И, схемы сравнения и элемента задержки, вход которого является входом устройства и соединен с первым входом накопите;гьного сумматора, второй вход которого связан с первым входом первого элемента И и подключен к выходу второго элемента И выход которого соединен с первым выходом сдвигового регистра, вход которого соединен с первыми входами второго элемента И и первого счетчика и подключен к выходу третьего элемента И, входы которого соединены соответственно с выходами элемента задержки и схемы сравнения, входами подключенной соответственно к выходу первого счетчика и ко второму выходу сдвигового регистра, второй выход которого через первый дешифратор соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого через второй счетчик подключен к первому входу блока элементов И, выходом соединенного с третьим входом накопительного сумматора, второй вход второго элемента И подключен к третьему выходу С11вигового регистра, четвертый выход которого через второй дешифратор подсоединен ко второму входу блока элементов И.

На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема блока управления.

Устройство содержит сдвиговый регистр 1, который соединен с дешифратором 2, задающим размерность анализа 1М, блоком 3 управле{-шя и дешифратором 4, задающим величину шага квантования по частоте. Счетчик 5 числа шагов данной в еличины соединен с блоком 3, который вырабаплвает сигнал управления +1 сброс для счетчика 5, сдвиг для регистра 1 и соединен со счепиком 6 чисел, для которого вырабатывает сигнал +2.

Счетчик 6 через блок элементов И 7 соединен с накапливающим сумматором 8, который управляется блоком 3 сигналом Сбрск и +См, Дешифратор 4 управляет включением соответствующей группы элементов И в блоке 7 cnrHaJfOM 2Я-. Накапливающий сумматор 8

соединен с блоком 9 формирования синуса.

Блок 3 содержит элементы И 10-12, схему 13 сравнения кодов и элемент 14 задержки и вырабатывает все необходимые сигналы управления.

Устройство работает следующим образом.

Параметры генерируемой матрииц, тригонометрических коэффициентов (ТК), соответствующей алгоритму (2), задаются при помощи ряда управления слов, которые записываются в регистр 1,-и слова размерности анализа. Управляющее слово (УС) содержит поле задания величины шага квантования по частоте, поле числа шаговданной величины, признак наличия информации в управляющем слове и признак

конца столбца генерируемой матрицы Р. Слово размерности анализа задает длину исследуемой последовательности N. Устройство воспроизводит матрицу тригонометрических коэффициентов по столбцам. Шаг квантования по частоте переменной и его величина задается кодом соответствующего поля УС через дешифратор 4 сигналом 2 , где q О -т. Количество исследуемых гармоник или количество строк в генерируемой матрице равно сумме кодов, содержащихся в поле числа шагов всех УС, и задается признаком конца столбца Р, который заносится в последнее УС. Вычисление аргумента организовано так, что для получения следующего значения тригонометрического коэффициента в сумматоре 8 сохраняется предыдущий аргу5 мент и к нему прибавляется код, содержащийся в счетчике 6, умноженный на величину текущего щага квантования по частоте 2 . Для . этого блока 7 возбуждается соответствующая группа элементов, которая по сигналу 2

° передает в сумматор 8 содержимое счетчика 6 со сдвигом на разрядов влево, что соответствует уменьшению на 2. После каждого обращешм к устройству по сигналу в сумматор 8 сигналом Ч-См формируется очередное эначе ние аргумента, а в счетчик 5 прибавляется единица (+1). Если вычислялся послед}шй ТК с заданным шагом по частоте, происходит сравнение кода в счетчике 5 с кодом поля числа шагов УС и 3, по сигналу схемы 13 сравнения

0 через элемент И 12( вырабатывает сигналы (сброс Сч), сброс счетчика 5 и сдвиг регистра 1, обеспечивая переключение на следующую величину шага квантования по частоте. Таким образом, цосле прихода импульса на выходе

5 блока 9 находится соответствующее значение тригонометрического коэффициента. При вычислении последнего в столбце матрицы ТК блок 3 по сигналу от схемы 13 сравнения и признаку конца столбца Р через элементы Н 11 и 12 вы5рабатывает сигналы: Сброс СМ, Сброс Сч, слов и через элементы 10 сигнал +2, которые подготавливают устройство к вычисле Ш10 следующего столбца матрицы. Сигнал +2 задается дешифратором 2 в зависимоети от содержимого слова размерности анализа, причем определяется след тощим выражением: п Э N , где максимальная zuiHHa последовательности, которая может подвергаться анализу, длина текущей последовательности. В процессе работы устройства на сумматоре 8 хранится аргумент текущего ТК, который подается на блок 9. Точность вычисления значений функции сину са зависит от точности блока 9. Рассмотренное устройство позволяет операти нодтрограммным путем изменить параметры Фурье-анализа, выбирая их оптимальными в каж дом конкретном случае. Формула изобретения Цифровое устройство для вычислетя тригон метрических коэффициентов, содержащее блок управления, счетчики, дешифратор, сдвиговый регистр и накопительный сумматор, выход которого соединен со входом блока формирования синуса, отличающееся тем, что с цедыо повыщения быстродействия, в устройство введен блок элементов И, а блок управле

/

/

/

CSpCv ьгая состоит из элементов И, схемы сравнения и элемента задержки, вход которого является входом устройства и соединен с первым входом накопительного сумматора, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента И и подключен к выходу второго элемента И, выход которого соединен с Первым выходом сдвигового регистра, вход которого соединен с первыми входами второго элемента И и первого счетчика и подключен к выходу третьего элемента И, входы которого соединены соответственно с выходами элемента задержки и схемы сравнения, входы которой подключены соответственно к выходу первого счетчика и ко второму выходу сдвигового регистра, второй выход которого через первый дешифратор соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого через второй счетчик подключен к первому входу блока элементов И, выход которого соединен с третьим входом накопительного сумматора, второй вход второго элемента И подключен к третьему вмхог ду сдвигового регистра, четвертый выход которого через второй деитфратор подключен ко второму входу блока элементов И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Труды Рязанского Р/Т ин-та, вып. 39, 1972, с. 186. 2.Авторское свидетельство по заявке 2506088/18-24, кл. G 06 F 15/34, 1977 прототип).