SU1361576A1 - Устройство дл дискретного преобразовани Фурье - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике дискретного преобразовани  Фурье и может быть использовано дл  предварительной обраб отки информации в измерительных системах различного назначени . Цель изобретени  - повьшение точности. Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в состав устройства входит информационный вход 1, вход запуска 2, блок вычитани  3,блок управлени  4 с входами и выходами 5-1 2, блок детектировани  13 с входами и выходами 14-19, умножители 20,21, генератор гармонических функций 22 с выходами 23,24, накапливающие сумматоры 25, 26, элемент задержки 27, триггер 28, элемент И 29, регистр кода 30, цифроаналоговый преобразователь 31, делитель 32,аналогоцифровые преобразователи 33,34, выходы синусной и косинусной составл ющих 35,36, выход синхронизации выдачи 37, выход окончани  вычислений 38. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. 36 САЭ О СД 05

Description

дискретного преобразовани  Фурье и может быть использовано дл  предварительной обраб.отки информации в изме- рительных системах различного назначени  .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  за счет уменьшени  динамического диапазона ю изменени  входного сигнала АЦП и блока умножени , путем центрировани  и детектировани  этого сигнала, а также за счет одновременного устранени  вли ни  дрейфа нулевого уровн  всего устройства на конечный результат путем учета посто нной составл ющей сигнала на его выходе.

На фиг,1 представлена схема устройства; на фиг.2 - блок управлени ; 20 на фиг.З - блок детектировани ,

Устройстйо содержит информационный вход 1, вход 2 запуска, блок 3 вычитани , блок 4 управлени  с входакирует элементы Р1 39 и 4J . Цепи сбро са упом нутых триггеров на схемах не обозначены.

Устройство начинает работать с п..-- ступлением сигнала запуска на вход 2. По этому сигналу переключаетс  триггер 28, деблокиру  соответствующий вход элемента И 29. Одновременно эточ сигнал запуска в блоке 4 управлени  подтверждает исх одное состо ние триггера 42 и сбрасывает в нулевое состой ние счетчики 45 и 46. После этого с 15 задержкой в элементе 47 переключаетс  триггер 42, чем деблокируютс  элементы И 39 и 41.

Выходные коды счетчиков 45 и 46 блока 4 управлени  (выходы 6 и 7 блока ) представл ют собой адреса, по которым в генераторе 22 гармонических функций выбираютс  соответствующие значени  дискрет весовых функций.При этом счетчик 46 формирует адрес номи и выходами 5-12, блок 13 детекти-п 25 мер) гармоники, а счетчик 45 - адреса ровани  с входами и выходами 14-19, (номера) дискретных значений синусной

и косинусной составл ющих этой гармоники . Кодированные значени  гармонических составл ющих передаютс  в умниумножители 20 и 21, генератор 22 гармоничё ских функций с выходами 23 i

и 24, накапливающие сумматоры 25 и 26,

элемент 27 задержки, триггер 28, эле- 30 жители 20 (синусна  составл юща )

мент И 29, регистр 30 кода, цифроана- и 21 (косинусна  составл юща ).

логовый преобразователь (ДАЛ) 31, При сбросе счетчиков 45 и 46 блоделитель 32, аналого-цифровые преоб- Ка 4 в нулевое состо ние с выхода 24

разователи (ЛЦП) 33 и 34, выходы 35 генератора 22 на умножитель 21 подаи 36 синусной и косинусной составл ю- 35 етс  код нулевой дискреты косинусной

:щих, выход 37. синхронизации выдачи и выход 38 окончани  вычислений./

Блок 4 управлени  ( фиг.2 ) содер- жит элемент И 39, одновибратор 40, элемент И 41, триггер 42, генератор 43 тактовых импульсов, элемент ИЛИ 44, счетчик 45 номеров значений весовых функций, счетчик 46 номеров весовых функций, элемент 47 задержки

40

составл ющей нулевой гармоники (посто нной составл ющей), а на вход умножител  20 с выхода 23 генератора 22 подаетс  нулевой код. На другие входы умножителей при этом поступает с выхода 15 блока 13 нецентрированньй процесс, детектируемый в блоке 13 следующрш образом. В зависимости от пол рности сигнала на входе J4 бло , формирователь 48 импульсов и эле- 45 ка 13 по сигналу компаратора 60 че- мент ИЛИ 4-9,рез переключатель 50 подаётс  на выБлок 13 детектировани  (фиг.З) со- ход 1-5 блока сигнал с операционнрго держит (аналоговый) переключатель 50 усилител  51, когда сигнал положи- (пр мой и инверсный), операционные тельный, или с усилител  52, когда усилители 51 и 52, узлы 53 и 54 срав- .50 сигнал на входе 14 блока отрицательнени , состо щие из элемента 55, элемента ИЛИ 56, элементов НЕ 57 и 58 и.элемента И 59,« компаратор 60 (по-, л рности входного сигнала).

Устройство работает следующим об- 55 всегда однопол рным. Благодар  инверразом ,

В исходном (статическом) состо нии , которое устройство принимает после подачи питани , триггер 28 блоки

0

кирует элементы Р1 39 и 4J . Цепи сбро са упом нутых триггеров на схемах не обозначены.

Устройство начинает работать с п..-- ступлением сигнала запуска на вход 2. По этому сигналу переключаетс  триггер 28, деблокиру  соответствующий вход элемента И 29. Одновременно эточ сигнал запуска в блоке 4 управлени  подтверждает исх одное состо ние триггера 42 и сбрасывает в нулевое состой ние счетчики 45 и 46. После этого с 5 задержкой в элементе 47 переключаетс  триггер 42, чем деблокируютс  элементы И 39 и 41.

Выходные коды счетчиков 45 и 46 блока 4 управлени  (выходы 6 и 7 блока ) представл ют собой адреса, по которым в генераторе 22 гармонических функций выбираютс  соответствующие значени  дискрет весовых функций.При этом счетчик 46 формирует адрес ноческих составл ющих передаютс  в умни35 етс  код нулевой дискреты косинусной

40

составл ющей нулевой гармоники (посто нной составл ющей), а на вход умножител  20 с выхода 23 генератора 22 подаетс  нулевой код. На другие входы умножителей при этом поступает с выхода 15 блока 13 нецентрированньй процесс, детектируемый в блоке 13 следующрш образом. В зависимости от пол рности сигнала на входе J4 блоный ,

Усилитель 51  вл етс  неинвертирующим , а усилитель 52 - инвертирующим. Поэтому на выходе I5 сигнал  вл етс 

тированию отрицательной части сигнала сжимаетс  динамический диапазон уровней этого сигнала сч (-Uwa«.,(«.) до (О; +и«а«).

Дл  учета знаков при перемножении мгновенных значений входного процесса и соответствующих дискретных значений весовых функций в блоке J3 использованы узлы 53 и 54 сравнени  совпадени  знаков.На один из входов этих узлов поступает с компаратора 60 сигнал пол рности процесса, а на другой из входов - знак весовой функции из генератора 22 гармонических функций . При этом в узел 54 сравнени  поступает знак синусной составл ющей, а в узел 53 сравнени  - косинусной. На выходе каждого узла сравнени  сиг- нал равен 1, если знаки процесса и весовой функции совпадают, и нулю в противном случае, что обеспечиваетс  логической схемой на элементах 55-59

Определенные таким образом знак-и произведений мгновенных значений процесса и дискрет весовых функций, получаемых в умножител х 20 и 2J, учитывают при суммировавши этих произведений в накапливающих сумматорах 25 и 26 соответственно..

Так как исходньш нецентрированный процесс характеризуетс  широким динамическим диапазоном изменени  сигналов , то на вход АЦП 34, определ ю- щего нулевую гармонику, подают масштабно преобразованный сигнал. Масштабное преобразование осуществл ют умножением в умножителе 21 мгновенных значений сигнала нецентрирован- ного процесса не на единичное дискретное значение нулевой гармоники, а на значение,.меньшее единицы, записанное в генераторе 22 в соответствую ющих  чейках. Это значение (коэффи- циент масштабного преобразовани .) выбирают таким, чтобы максимальное значение нецентрированного процесса не вьш1ло за допускаемьй диапазон входных сигналов-АЦП.

С передачей первого тактового сигнала генератора 43 тактовых импульсов через деблокированный элемент И 41 запускаютс  оба АЦП 33 и 34.. Запуск АЦП благодар  элементу 47 за- держки в блоке. 4 задерживаетс  относительно момента сброса счетчиков 45 и 46, на врем , достаточное дл  выбора кодов весовых функций и установлени  сигналов на выходах умножите-i; лей 20 и 21 .

Коды с выхода АЦП 34 по сигнал:1и конца преобразовани  суммируютс  в сумматоре 26. Частоту запуска АЦП

и,тем самым, дискретизации процесса задают частотой генератора 43 в блоке 4 управлени . Каждый сигнал конца преобразовани  АЦП 34 с временной задержкой в элементе 27, необходимой дл  суммировани  кодов в суммат.оре 26 передаетс  через вход 10 блока 4 управлени  и деблокированньш элемент И 39 этого блока на вход- счетчика 45 При этом на кодовом выходе счетчика устанавливаетс  код адреса очередного дискретного значени  весовой функции . При определении нулевой гармоники дискретные значени  косинусной со- ставл юш,ей весовой функции, как было отмечено, остаютс  посто нными, и рав- ньми выбранному масштабному коэффициенту , а коды синусной составл ющей соответствуют нулю.

По мере формировани  тактовых сигналов и запусков АЦП происходит накопление содержимого счетчика 45,емкость которого равна числу дискрет весовых функций.

С завершением цикла преобразовани  произведени  текущего мгновенного значени  процесса на последнее дискретное значение весовой функции гармоники , в данном случае нулевой,счетчик 45 переполн етс  и сигнал на его выходе,, подключенном к выходу 11 блока , становитс  единичным. Этот сигнал деблокирует по соответствующему входу элемент И 29.

С завершением указанного цикла преобразовани  задержанный в элементе 27 сигнал конца эГого цикла преобразовани  через деблокированный элемент И 29 поступает на вход переписи регистра 30 и одновременно переключает триггер 28, нулевым выходным сигналом которого блокируетс  элемент И 29 на все последующее врем , в течение которого определ ютс  все остальные г армонические составл ющие Сумма кодов, соответствуюш 1х нулевой I гармонике, с учетом смещени  нулевого уровн  устройства переписьшаетс  из сумматора 26 в регистр 30. Этот код в ЦАП 31 преобразуетс  в эквивалентное выражение. С выхода делител  32 снимаетс  напр жение, соответствующее посто нной составл ющей и нормированное с учетом объема выборки . Масштабное преобразование входных сигналов АЦП 34 можно также учесть с помощью делител  32 или (и) выбором коэффициента преобразовани  ЦАП 31.

Выходное напр жение делител  32 вычитаетс  в блоке 3 вычитани  из исходного процесса, который тем самым центрируетс .

Одновременно с переписью кода нулевой составл ющей в регистр 30 сиг- HajioM элемента 27 счетчик 45 переполн етс . С изменением сигнала на выходе этого счетчика суммируетс  единица в счетчике 46 с его содержимым а также запускаетс  одновибратор 40. Формируемый этим одновибратором сигнал определеннсгй длительности (допускаемой дл  считьшани  кодов из сумматора ) передаетс  через выход 37 во внешнее устройство регистрации в качестве сигнала считывани  содержимого накапливаюцих сумматоров 25 и 26. С завершением сигнала одновибратора 40 из заднего фронта этого сигнала фор- миройателем 48 вырабатываетс  импульс который через выход 8 блока управлени  передаетс  в цепь сброса сумматора .

С поступлением каждого выходного сигнала переполнени  счетчика 45 в счетчик 46 на кодовом в 1ходе последнего формируютс  коды соответствующих номеров (адресов) гармоникj а счетчик 45 переключаетс  в исходное нулевое состо ние. По кодам счетчиков 45 и 46 выбираютс  значени  весовых функций и описанным вьппе образом определ ютс  составл юпще всех гармоник.Си- повьшени  точности, в него введены

нусные составл ющие считывают с выхода 35 накапливающего сумматора 25, а косинусные составл иицие - с выхода 36 накапливающего сумматора 26. С переполнением счетчика 46 его выходным сигналом в исходное состо ние переключаетс  триггер 42 и тем самым блокируютс  элементы И 39 и-41. При этом блокируетс  передача тактовых сигна- лов и устройство прекращает свою работу . Единичный сигнал триггера 42, переданный через выход 12 блока управлени  на выход 38 устройства  вл етс  признаком окончани  определени  всех гармонических составл ющих процесса .

Фор I мула изобретени 

триггер, элемент И, элемент задержк делитель, цифроаналоговый преобразо ватель, регистр кода, блок детектировани  и блок вычитани , выход кот

40 рого подключен к первому входу блок

детектировани , информационный выхо которого подключен к вторым входам первого и второго умножителей, выхо ды знаков синуса и косинуса генерат

45 ра. гармонических функций подключены соответственно к второму и третьему входам блока детектировани , первый и второй выходы признаков детектиро вани  которого подключены к входам

50 знака соответственно первого и втор го накапливающих сумматоров, седьмо выход блока управлени  подключен к первому входу элемента И, выход кот

рого подключен к тактовому входу ре1 . Устройство дл  дискретного пре- gg гистра кода и первому установочному

входу триггера, выход которого подключен к второму входу элемента И, третий вход которого соединен с входом задани  режима блока управлени 

образовани  Фурье, содержащее блок управлени , генератор гармонических функций, первый и второй накапливающий сумматоры, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй умножители, выходы которых подключены к информационным входам

соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы конца преобразований и информационные выходы которых подключены соответственно к тактовым входам и информационным входам соответственно первого и второго накапливающих сумматоров , выходы которых  йл ютс  выводами соответственно синусной и косинусной составл ющих устройства,

входом запуска которого  вл етс  вход запуска блока управлени , первый и второй выходы которого подключены к входам синхронизации выдачи соответственно синуса и косинуса генератора

гармонических функций, выходы синуса и косинуса которого подключены к первым входам соответственно первого и второго умножителей, входы обнулени  первого и второго накапливающих cyMr.j

маторов подключены к третьему выходу блока управлени , четвертьй выход которого подключен к тактовьш входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, п тый выход которого  вл етс  выходом синхронизации выдачи устройства, выходом окончани  вычислений которого  вл етс  шестой выход блока управлени , отличающеес  тем, что, с целью

повьшени  точности, в него введены

триггер, элемент И, элемент задержки, делитель, цифроаналоговый преобразователь , регистр кода, блок детектировани  и блок вычитани , выход кото40 рого подключен к первому входу блока

детектировани , информационный выход которого подключен к вторым входам первого и второго умножителей, выходы знаков синуса и косинуса генерато45 ра. гармонических функций подключены соответственно к второму и третьему входам блока детектировани , первый и второй выходы признаков детектировани  которого подключены к входам

50 знака соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, седьмой выход блока управлени  подключен к первому входу элемента И, выход кото 1

и подключен к ныходу элемента задержки , вход которого подключен к пыходу окончани  преобразовани  иторого циф- роаналогового преобразовател , выход второго накапливающего сумматора подключен к информационному входу регистра кода, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразовател , выход которого подключен к вхо- ду делител , выход которого подключен к первому входу блока вычитани , второй вход которого  вл етс  информационным входом устройства, вход запуска которого подключен к второму тактовому входу триггера.

2. Устройство по п.1, отличающеес  тем, что блок детектировани  содержит первый и второй узлы сравнени , переключатель, компаратор , первый и второй операционные усилители, выходы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам переключател , управл ющий вход которого соединен с первыми входами первого и второго уз- лбв сравнени , и подключены к выходу компаратора, вход которого соединен с входами первого и второго операционных усилителей и  вл етс  первым входом блока, вторым и третьим входами которого  вл ютс  вторые входы соответственно первого и второго узлов tpaBHeHHH, а выходы переключател  первого и второго узлов сравнени   вл ютс  соответственно информационным выходом и первым и вторым выходами признаков дет ектировани  блока.

7

5

0

5

.768

3. Устройство по п.1, о т л и - чающее с   тем, что блок управлени  сод.ержнт триггер, два элемента li, два элемента ИЛИ, два счетчика , элемент задержки, одновибратор, формирователь импульсов и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход котарого соединен с первым входом второго элемента И и подключен к пр мому выходу триггера, первый и второй установочные В1:оды которого подключень соответственно к выходу элемента задержки и ВЫХОДУ первого элемента ИЛИ, первый вход .которого соединен с входом элемента задержки, входами обнулени  первого и второго счетчиков и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу формировател  импульсов, вход которого подключен к выходу одновибратора, вход которого соединен со счетным входом первого счетчика и подключен к выходу переноса второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента И, выходами блока управлени  с первого по седьмой  вл ютс  соответственно информационные выходы второго и первого счетчиков , второго элемента ИЛИ, выход первого элемента И, выход одновибратора, инверсный триггер и счетный выход .. второго счетчика, а входом запуска и входом задани  режима блока управлени   вл ютс  соответственно вход элемента задержки и второй вход второго элемента И.

IPU2.2

Редактор В.Бугренкова

Составитель А.Баранов

Техред А.Кравчук Корректор А.Зимокосов

Заказ 6292/49Тираж 67J Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий J13035, Москва, Ж-35, Раушскан наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие,г.Ужгород, ул.Проектна ,4

(риг.З

Claims (3)

1. Формула изобретения

   1. Устройство для дискретного преобразования Фурье, содержащее блок управления, генератор гармонических функций, первый и второй накапливающий сумматоры, первый и второй анало го-цифровые преобразователи, первый и второй умножители, выходы которых подключены к информационным входам соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы конца преобразований и информационные выходы которых подключены соответственно к тактовым входам и информационным входам соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, выходы которых являются выводами соответственно синусной и косинусной составляющих устройства, входом запуска которого является вход запуска блока управления, первый и второй выходы которого подключены к входам синхронизации выдачи соответственно синуса и косинуса генератора гармонических функций, выходы синуса и косинуса которого подключены к первым входам соответственно первого и второго умножителей, входы обнуления первого и второго накапливающих сумг-.j маторов подключены к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого подключен к тактовым входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, пятый выход которого является выходом синхронизации выдачи устройства, выходом окончания вычислений которого является шестой выход блока управления, отличающееся тем, что, с целью повьвпения точности, в него введены триггер, элемент И, элемент задержки, делитель, цифроаналоговый преобразователь, регистр кода, блок детектирования и блок вычитания, выход которого подключен к первому входу блока детектирования, информационный выход которого подключен к вторым входам первого и второго умножителей, выходы знаков синуса ра гармонических функций подключены соответственно к входам блока детектирования, первый и второй выходы признаков детектирования которого подключены к входам знака соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, седьмой выход блока управления подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен к тактовому входу регистра кода и первому установочному входу триггера, выход которого подключен к второму входу элемента И, третий вход которого соединен с входом задания режима блока управления и косинуса генератовторому и третьему

   I и подключен к выходу элемента задержки, вход которого подключен к выходу окончания преобразования второго цифроаналогового преобразователя, выход _с второго накапливающего сумматора подключен к информационному входу регистра кода, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя , выход которого подключен к входу делителя, выход которого подключен к первому входу блока вычитания рой вход которого является ционным входом устройства, пуска которого подключен к тактовому входу триггера.

   , втоинформавход завторому тли
2. 2. Устройство по п.1, о чающееся тем, что блок детектирования содержит первый и второй узлы сравнения, переключатель, компаратор, первый и второй операционные усилители, выходы которых подключены соответственно' к первому и второму информационным входам переключателя, управляющий вход которого соединен с первыми входами первого и второго узлбв сравнения, и подключены к выходу . компаратора, вход которого соединен с входами первого и второго операционных усилителей и является первым входом блока, вторым и третьим входами которого являются вторые входы соответственно первого и второго узлов Сравнения, а выходы переключателя первого и второго узлов сравнения являются соответственно информационным выходом и первым и вторым выходами признаков детектирования блока.

   τ’ 4? -τ’ 49 -^8

   Фиг. 2 упэлесчет1361576
3. 3. Устройство по п.1, о т л чающее с я тем, что блок равнения содержит триггер, два мента И, два элемента ИЛИ, два чика, элемент задержки, одновибратор, формирователь импульсов и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И и подключен к прямому выходу триггера, первый и второй установочные входы которого подключены соответственно к выходу элемента задержки и выходу первого.элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с входом элемента задержки, входами обнуления первого и второго счетчиков и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу одновибратора, вход которого соединен со счетным входом первого счетчика и подключен к выходу переноса второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента И, выходами блока управления с первого по седьмой являются соответственно информационные выходы второго и первого счетчиков, второго элемента ИЛИ, выход первого элемента И, выход одновибратора, инверсный триггер и счетный выход ... второго счетчика, а входом запуска и входом задания режима блока управления являются соответственно вход элемента задержки и второй вход второго элемента И.

   Фиг.З