Функциональный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G06G7/19 

I

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть применено для функционального преобразования и интерполяции аналоговых сигналов.

Известен функциональный преобразователь Г Q содержащий генераторы функций Уолша, ключи, интеграторы и выходной блок взвешенного суммирования .

Недостатками данного функционал.ного преобразователя являются пониженная точность из-за использования разложения в ряду кусочно-постоянных фукнций Уолша, а также ограниченная область применения.

Наиболее близким к изобретению является функциональный преобразователь 2, содержащий группу аналоговых блоков взвещенного суммирования, каждый из которых подключен входами к .выходам интеграторов группы из п интеграторов (где п + 1 - количество членов ряда аппроксимирующих функций)

И две группы ключей, каждый i-й С1 i п) ключ первой группы соединен сигнальным входом с шиной ввода выборочных значений входного сигнала, а выходом - с входом 5-го интегратора группы интеграторов, а зшравляющим входом - с выходом первого генератора фукнций Уолша. Каждый -й ключ второй группы ключей.подключен сигнальным входом к выходу i-ro ана10логового блока взвешенного суммирования, управляющим входом - к выходу второго генератора функций.Урлша, а выходом - к соответствующему входу интегро-суммирующего усилителя,

15 соединенного выходом с входом выходного сумматора, подключенного вторым входом к шине ввода постоянной составляющей входного сигнала.

Недостатком устройства является

20 ограниченная область применения из-за невозможности одновременного формирования ряда значений ординат воспроизводимой функции. 3 Целью изобретения являъ,ся расширение области применения функциональ ного преобразования за счет одновременного формирования ряда значений ординат воспроизводимой функции. С этой целью в функциональный преобразователь, содержащий группу аналоговых блоков взвешенного суммирования, каждый из которых подключен входами к выходам интеграторов группы из п интеграторов и две группы ключей, причем каждый 1-й ключ первой группы соединен сигнальным входом с шиной ввода выборочных значений входного сигнала, а выходом с входом 1-го интегратора группы интеграторов, введенй инвертор и регистр сдвига, подключенный входом к шине ввода тактовых импульсов, а выходом каждого 1-го (1 i $п) разряда - к управляющему входу -го ключа первой группы и к управляющему зходу i-ro ключа второй группы, выход которого соединен с входом (i+l) го интегратора группы интеграторов. Сигнальные входы ключей второй группы подключены через инвертор к шине ввода выборочных значений второго сигнала, а выходы аналоговых, блоков взвешенного суммирования являются вы ходами функционального преобразовани На чертеже изображена структурная схема функционального преобразовател (для случая г ф f .) Он содержит первую 1 и вторую 2 группы ключей, инвертор 3, регистр сдвига, группу из п интеграторов 5 (где п + 1 - количество членов ряда аппроксимирующих функций) и группу аналоговых блоков 6 взвешенного сум мирования, каждый из которых может быть выполнен, например, на суммиру щем операционном усилителе с весовы резисторами на входах. Каждый блок взвешенного суммирования подключен входами к выходам интеграторов 5 группы интеграторов. Каждь й .i-й { i 4 п) ключ Г первой группы ключ соединен сигнальным входом с шиной ввода выборочных значений входного сигнала, управляющим входом - с выходом 1.-ГО разряда регистра 4 сдвиг а выходом - с входом 1-го интеграто 5 группы интеграторов. Регистр 4 сдвига подключен входом к шине ввод тактовых импульсов, а выходом каждо г-го ключа 2. второй группы ключей, сигнальный вход которого через инвертор 3 подключен к шине ввода выб очных значений второго сигнала, а ыход - к входу (i+l)-ro интегратора. Выходы блоков 6 являются выходами ункционального преобразователя. Разложение сигнала f(t) с помощью усочно-линейных базисных Функций (l,t) можно представить в с;;;;дующем иде е €(t)..P(,t), (,) де P(i,t) - интегральные функции олша, которые определяются как t p(i,i),t;;dit, (а) о ля i- 0,l,2,...,P(6,t) , t- аргумент, Wa1- функции Уолша, Т- интервал задания функции Уолша. Коэффициенты С; разложения f(t) в ряд интег зальных функций Уошла будут равны c.-f 5(t)wae(i,t)at. (3) Поскольку Wai (i,t) есть последовательность дельта-функций с переменными знаками и амплитудами веса 2 (за исключением конечных точек, где амплитуды с весом 1), интеграл в выражении (З) будет представлять линейную комбинацию выборок f(t). Таким образом, для определения коэффициентов Ct из формулы (1) необходимо выбрать сигнал f(t) в точках HoL-2-2Tj О, Т d- 1,2,...,2 ) где 1 - log«N - целое число-, N - число интегральных функций Уолша, используемых для разложения функции. В матричной форме уравнение (1) запищется следующим образом: F где F - вектор - строка аппроксими руемой функции; С - вектор - строка коэффициентов разложения интегральных функций Уолша; . . Р - квадратная матрица размерностью (N-H ) X (N+1) ; Т,- означает транспонирование, а уравнение (З) запишется в матричной форме как . С (5) где Р - обратная матрица, которая представляет собой матрицу производных функций Уолша.

При 1 2 обратная матрица Р без постоянной состазляющей имеет вид

00 01 020-1 20-21 2-2 2-1

Таким образом, для получения аппроксимируемого значения функций в любой момент t необходимо вычислить коэффициенты разложения С по интег-г ральным функциям Уолша заданной f(t) и умножить получегную вектор - строку б коэффициентов разложения интегральных функций Уолша на матрицу интег-ральных функций Уолша Р,

р-х.

.т „-It; (6)

F Р

т. е.

где X - вектор - столбец заданной

дискретной последовательности фукнции f{t)s

|В то же время

Р W-Z,(7)

где Z при N 4

Подставляя выражения (7) и (8) в (б) с учетом транспонирования (7) получим

,т

(9)

F Z -Q X.

Таким образом, для получения аппроксимированного значения фукнции в любой момент времени t необходимо вычислить коэффициенты разложения по преобразованию Q и умножить полученные коэффициенты на матрицу Z.

.Количество Nодновременно формируемых ординат- число отсчетов воспроизводимой функции на выходе преобразователя выражается формулой -t-k

N

1,

где К - количество точек, воспроизводимых между двумя соседними выборочными значениями второго сигнала.

При К О, N N и справедлило соотношение (1). В этом случае количество блоков 6 взвешенного суммиро8796036

вания равно четырем (при .N 4).

Если например, К 1, N 4, то в качестве матрицы Z (в формуле (9)) берется матрица Z

5z W Р ,

где Р - верхняя половина матрицы интегральных Фу псций Уолша размерностью

В этом случае количество блокон 6 взвешенного суммирования будет равно восьми, а номиналы весовых резисторов в каждом из блоков 6 выбираются согласно значениям элементов в каждо столбце матрицы Z (в предыдущем случае номиналы выбирались согласно матрице Z), причем нулевым элементом матрицы соответствуют нулевые веса суммирования, т.е. исключаются соответствующие весовые резисторы из блоков взвешенного суммирования. Функциональный преобразователь

работает следующим образом.

На шину ввода выборочных значений поступает входной сигнал f(t), который в зависимости от вида матрицы Q поступает непосредственно на сигнальные входы ключей 1 или через инвертор 3 на сигнальные входы ключей 2. Ключи 1 и 2 коммутируются.соответствующим образом регистром 4 сдвига. По приходу на вход регистра 4 N тактовых импульсов на выходах интеграторов 5 формируются коэффициенты преобразования по Q, которые суммируются в соответствии с весами, определяемыми значениями столбцов матрицы Z (или Z ) на блоках 6 взвешенного суммирования. В результате на выходах блоков б будут суммированы напряжения , пропорциональные требуемым значениям ординат аппроксимируемой функции.

Таким образом, предложенный пре образователь позволяет получать одиовременно ряд значений ординат функции, что позволяет расширить область его применения. Кроме того при мапых значениях N конструкция преобразователя упрощается, так как он не содержит генераторов функций Уолша и. не требует при реализации использования биполярных ключей.

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий группу аналоговых блоков взвешенного суммирования, каждый из которых подключен входами к вь ходам интеграторов группы из г) интеграторов, (где П4-1 - количество членов ряда аппроксимирующих функций), и две группы ключей причем каждый i-й (1 i п) ключ первой группы соединен сигнальным входом с шиной вводи выборочных значений входного сигнала, а выходом - с входом i-ro интеграто.ра группы интеграторов) о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения области применения функционального преобразователя за счет одновременного формирования ряда значений ординат воспроизводимой функции, в него введены инвертор и регистр

сдвига, подключенный входом к шине ввода тактовых импульсов, а входом калодого 1-го (1 i i п) разряда - к упрарляющему входу 1-го ключа первой группы и к управляющему входу 1-го

ключа второй группы,- выход которого соединен с входом (1+|)-го интегратора группы интеграторов, причем сигнальные входы ключей входной подключены через инвертор к шине ввода выборочных значений входного сигнала, а выходы аналоговых блоков взвешенного суммироватшя являются выходами.функционального преобразователя .

Источники информации, принятые во- внимание при экспертизе

1.Зарубежная радиоэлектроника. 1972, № 5, с. 21-23.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2842017/18-24,

кл. G 06 G 7/26, 1979 (Прототип).