Многофункциональный цифровой коррелометр Советский патент 1984 года по МПК G06F17/15 

блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу первого коммутатора, вторые входы первого и второго регистров числа подключены соответственно к третьему и четвертому выходам узла формирования команд блока управления, выход второго регистра члсла подключен к информационному входу четвертого коммутатора, управляющий вход которого объединен с управляющим вхрдом третьего коммутатора и подключен к выходу блока приоритета, группа выходов четвертого KOMJ-iyTaropa является выходом коррелометра, выход третьего коммутатора соединен с первым информационным входом блока элементов ИЛИ, группа информационных входов третьего коммутатора является первым управляющим входом коррелометра, управляющий вход блока элементов ИЛИ подключен к второму выходу группы переключателей блока управления, а второй информационный вход блока элементов ИЛИ - к выходу преобразователя позиционного кода, в двоичный, вход которого подключен к третьему выходу группы переключателей блока управления, выход блока элементов ИЛИ через регистр команд подключен к первому входу узла формирования команд блока управления, управляющий вход к второй выход блока приоритета соединены соответственно с выходом и третьим входом распределителя импульсов блока управления, группа информационных входов блока приоритета является вторым управляющим входом коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстрбдействия, в него введены блок хранения кодов граничного интервала, компаратор, триггер и счетчик коэффициента, а блок управления дополнительно содержит группу из двух элементов И, первые входы которых подключены к первому гзыходу распределителя импульсов блока управления, а вторые входы - к пятому выходу узла формирования команд блока управления, второй вход формирователя импульсов пуска блока управления подключен к выходу счетчика коэффициента, тактовый вход которого подключен к выходу первого элемента И группы блока управления, а управляющий входк выходу триггера, единичньй вход которого подключен к выходу второго элемента И группы блока управления, нулевой вход триггера подключен к выходу формирователя импульсов пуска блока управления, первый вход компаратора объединен с адреснь м входом блока хранения кодов граничного интервала и подключен к выходу регистра команд, второй вход компаратора подключен к выходу блока хранения кодов граничного интервала, а выход компаратора - к первому входу узла формирования команд блока управления.

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй регистры выборки, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, блок умножения, сумматор, блок памяти, первый и второй регистры числа, блок индикации, регистр команд, преобразователь позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, блок приоритета, блок управления, содержащий триггер, генератор тактовых импульсов, таймер, формирователь импульсов пуска, распределитель импульсов, узел формирования команд, группу переключателей, первый выход которой через триггер подключен к первому входу таймера, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход таймера объединен с первыми входами распределителя импульсов и узла формирования команд, первый выход таймера соединен с вторым входом распределителя импульсов, а второй выход - с ij первым входом формирователя импульсов пуска, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом узла формирования команд, причем выход формирователя импульсов пуска блока управления соединен с управляЮ1ЦИМИ входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым информационньми входами коррелометра, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей через первый и второй регистры выборки соответственно подключены к первым информационным входам соответственно первого и второго коммутаторов, вторые информаци(Л G онные входы первого и второго коммутаторов объединены и подключены к выходу первого регистра числа, а третьи информационные входы первого и второго коммутаторов объединены с первым информационным входом сумматора, первым входом второго регистра числа, входом блока индикации и подQD СГ ключены к выходу блока памяти, управляющие входы первого и второго а: коммутаторов объединены и подключены к первому выходу узла формировадп ния команд блока управления, а выхоа ды первого и второго коммутаторов подключены к соответствующим входам блока умножения, выход которого соединен с вторым информационным входом сумматора, управляющий вход которого подключен к второму выходу узла формирования команд блока управления, выход сумматора соединен с первым входом первого регистра числа, первым информационным входом блока элементов ИЛИ и информационным входом

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, предназначено для измерения корреляционных функций, плотностей распределени вероятностей, математических ожи ;аНИИ, вторичных режимов обработки автоматически по командам как от внешних устройств управления, так и по командам от внутренних органов управления и может быть использовано при решении задач в системах непрерьшного технологического контроля, автоматического управления и диагностики .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

устройство, содержащее первый и второй аналого-цифровые преобразователи (их входы являются входами устройства), выходы которых через регистры входных дискретных отсчетов соединены с входами первого и второго коммутаторов Соответственно, другие входы которых соединены с вьпсодом первого регистра числа, выходы первого и второго коммутаторов подключены к входам блока умножения,, выход которого подклкмен через сумматор к блоку памяти, а вход блока памяти - к выходу первого коммутатора, цифровой г, вход коррелометра подкггючен к третьему коммутатору, выход froToporo соединен с входом элементов ИЛИ, первым регистром и блоком памяти, выход бло ка памяти соединен с блоком индикации, вторым регистром числа, входами первого и второго коммутаторов и сум матора, выходы блока управления - с управляющими входами аналого-цифровь преобразователей, первого и второго коммутаторов, сумматора, первого и второго регистров числа, преобразователя позиционного кода в двоичный, элементов ИЛИ и блока приоритета, третий вход коррелометра подключен к блоку приоритета, выходы которого соединены с блоком управления и третьим и четвертым коммутаторами, выход второго регистра числа через четвертый коммутатор соединен с выходом коррелометра, выход преобразователя позиционного кода в двеичный через элементы ИЛИ и регистр команд подключен к входу блока управления lj и 2j; В коррелометре реализованы четы-j)e алгоритма измерения корреляционной функции (КФ). Для некоррелированной выборки (НК) используется алгоритм R(hbJb Z ).k), (1) k 0,1... ,m-l 0,1,,..m,N-i, где rn - число измеряемых ординат ut - шаг задержки; N - объем выборок. Алгоритм позволяет обрабатывать сигналы с большим значением верхней граничной частоты, но его реализаци более длинная по сравнению с сильно коррелированной выборкой. Алгоритм с сильно коррелированно выборкой (СК) R lHbl l x U-klйtlцИ Я (2 является невыгодным по частоте обра батываемого процесса, но имеет мини мальную статистическую погрешность. Частично коррелированная выборка дает возможность повысить значение верхней частоты и избежать увеличения длительности реализации процесса k,4k2Uq (-k,),i, s k, 0,1,.,,,1,,..,q4, где e - количество запоминаемых отсчетов на частном цикле. Алгоритм обработки высокочастотных процессов R(knq4,lui:)-- Z .kyT/- .ЧЦтЧ,, где Тд- - длительность такта работы коррелометра. r c|u;yT(,,.OHv--,.v..,-1. Для алгоритма (4) частотный диапазон возрастает в Q раз, не зависит от TQ и определяется uli «Тд , Однако коррелометр не позволяет автоматически анализировать выбор одного из алгоритмов измерения в зависимости от задаваемых переменных (функции авто КФ, взаимной КФ, матрицы КФ, числа одновременно измеряемых процессов, числа одновременно измеряемых функций, объема выборки), что приводит к уменьшению точности изме- рения и уменьшению быстродействия. Ручная установка степени коррелированности для выбора алгоритма (1) или (2), а также ручная установка а Или q для выбора алгоритма (3) или (4) приводит к дополнительным затратам времени на анализ сложной зависимости исходных управляющих характеристик и априорных сведений о сигналах, возможны ошибки выбора или ошибки оптимального выбора. При автоматическом выборе алгоритма необходимо анализировать указанные параметры вне коррелометра, на что затрачивается дополнительное время и усложняется программа управления,это приводит к уменьшению быстродействие Цель изобретения - повьш1ение быстродействия путем автоматического выбора алгоритма измерений и исключения I ошибок оператора при наборе параметров анализатора. Поставленная цель достигается: тем, что в многофункциональньш цифровой кoppeлo eтp, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй регистры выборки, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, блок умножения, сумматор, блок памяти, первый и второй регистры числа, блок индикации, регистр команд, преобразователь пози ционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, блок приоритета, блок управления, содержащий триггер, гене ратор тактовых импульсов, таймер,, формирователь импульсов пуска, распределитель импульсов, узел формирования команд, группу переключателей первый выход которой через триггер подключен к первому входу таймера, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход таймера объединен с первыми входами распределителя импульсов и узла формирования команд,первый выход таймера соединен с вторым входом распределителя импульсов, а второй выход - с первым входом формирователя импульсов пуска, первЕ.1Й выход распределителя импульсов соединен с вторым входом узла формирования команд, причем выход формирователя импульсов пуска блока управления соединен с управляющими входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых являются соответственно г ервым и вторым информационными входами коррелометра, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей через первый и второй регистры выборки соответственно подклю чены к первым информациоиньм входам соответственно первого и второго коммутаторов, вторые информационные входы первого и второго коммутаторов oб Jeдинeны и подключены к выходу первого регистра числа, а третьи информационные входы первого и второго коммутаторов объединены с первым информационным входом сумматора, первым входом второго регистра числа, входом блока индикации и подключены к выходу блока памяти, управляющие входы первого и второго коммутаторов объединены и подключены к перво му выходу узла формирования команд 56 блока управления, а В1ь1ходы первого и второго коммутаторов подключены к соответствующим входам блока умножения, выход которого соединен с вторым информационным входом сумматора, уп-. равляющий «ход которого подключен к второму выходу узла формирования команд блока управления, выход сумматора соединен с первым входом первого регистра числа, первь информационным входом блока элементов ИЛИ и информационным входом блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу первого коммутатора, вторые входы первого и второго регистров числа подключены соответственнс к третьему и четвертому выходам узла формирования команд блока управленкя, выход второго регистра числа подключен к информационному входу четвертого коммутатора j управляющий вход которого объединен с управляющим входом третьего ком 1утатора и подключен к выходу блока приоритета, группа выходов четвертого коммутатора является выходом коррелометра, выход третьего коммутатора соединен с первым информационным входом блока элементов ИЛИ, группа информационных входов третьего ко,ммутатора является первым управляющим входом коррелометра, управляющий вход блока элементов ИЛИ подключен к второму вьгходу группы переключателей блока управления, второй информационный вход блока элементов И.ГШ - к вьгходу преобразователя позиционного кода в двоичньЕЙ, вход которого подключен к третьему выходу группы переключателей блока управления, выход блока элементов ИЛИ через perficTp команд пддключен к первому ВХОДУ узла формирования команд блока упраачения, управляюид1й вход и второй выход блока приоритета соединены соот1зетственно с выходом и третьим входом распределителя импульсов блока управления, группа информационных входов блока приоритета является вторым управляющим вхрдом коррелометра, введены блок хранения кодов гргшичного интерв;1ла, компаратор, триггер и счетчик коэффициента, а блок управления дополнительно содержит группу из двух элементов И, первые входы которых подключены к первому выходу распределителя импульсов блока управления, а вторые входы - к пятсму выходу узла формирования команд блока управления, второй вход формирователя импульсов пуска блока управления подключен к выходу счетчика коэффициента, тактовый вход которого подключен к выходу счетчика коэффициента, тактовый вход которого подключен к выходу первого элемента И группы блока управления, а управляющий вход к выходу триггера, единичный вход которого подключен к выходу второго элемента И группы блока управления, нулевой вход триггера подключен к выходу формирователя импульсов пуска блока управления, первый вход компаратора объединен с адресным входом блока хранения кодов граничного интервала и подключен к выходу регистра команд, второй вход компаратора подключен к выходу блока хранения кодов граничного интервала, а выход компаратора - к первому входу узла формирования команд блока управления

На фиг.1 представлена функциональная схема коррелометра; на фиг.2 структурная схема блока управления.

Коррелометр содержит (фиг,1) аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1 и 2, регистры 3 и 4 выборки, первьш и второй коммутаторы 5 и 6, блок 7 умножения, сумматор 8, блок 9 памяти блок 10 индикации, блок 11 управления, регистр 12 команд, первый регистр 13 числа, преобразователь 14 позиционного кода в двоичный, блок 1 элементов ИЛИ, второй регистр 16 числа, третий ичетвертый коммутатор 17 и 18, блок 19 приоритета, блок 20 хранения кодов граничного интервала (блок постоянной памяти), компаратор 21, триггер 22 и счетчик 23 коэффициента.

; Блок f1 управления содержит генератор 24 тактовых импульсов, таймер 25, формирователь 26 импульсов пуска распределитель 27 импульсов (счетчики и управляющие триггеры), узел 28 формирования команд (линия задержки и элементы И), триггер 29 и группу 30 переключателей, группу из двух элементов И 31, предназначенную для формирования команд управления триггером 22 и счетчиком 23 коэффициента и представляющую собой дополнение к элементам И, содержащимся в узле 28 формирования команд. Элементы И в узле 28 формирования команд и элементы И 31 группы распределяют в определенной временной последовательности управляющие сигналы для блоков многофункционального коррелометра. На первые входы элементов И узла 28 формирования команд и элементов И 31 группы поступают сигналы с соответствующих управляющих триггеров распределителя 27 импульсов, а на вторые входы - с соответствующих выходов линии задержки узла 28 формирования , команд, задающих определенные временные соотношения между элементарными операциями (выбор адресов, считывание чисел, сбросы, запись, счет и т.д.) .

Сигнал степени коррелированности (НК/ск) в коррелометре определяется автоматически блоками 20 и 21, поступает на вход узла 28 формирования команд блока 11 управления и выполняет ту же роль, что и в известном устройстве lj .

Параметр cj (о) , который в известном устройстге поступает от формирователя сигналов блока 11 управления через блоки 15 и 12 на формирователь 26 сигналов пуска блока 11 управления , в предлагаемом устройстве определяется автоматически блоками 22 и 23J поступает на формирователь 26 сигналов пуска блока 11 управления и выполняет ту же роль, что и в известном устройстве.

Счетчик 23 коэффициента представляет собой 12-разрядньй i двоичный счетчик. Блок 20 выбора граничного интервала пpeдcтaвляef собой блок постоянной памяти. Коды граничного интервала предварительно определяются на стадии проектирования устройства по алгоритмам при различных переменных. При анализе граничного интервал учитывается несколько переменных: вид режима КФ (авто-взаимная КФ, матрица КФ), число входов, (число одновременно измеряемых процессов), числ ординат, набор функций, обрабатываемых одновременно с КФ, шаг дискретизации i2 , а также вид усреднения КФ (линейный или экспоненциальный). Вычисленные коды граничного интервал заносятся в блок 20 хранения кодов граничного интервала методом прожига внутренних перемычек при заданных на адресных входах перечисленных переменных. Таким образом, при набранном оператором или ЭВМ наборе указанных переменных на выходе блока 20 хранения кодов граничного интервала появляются заранее рассчитанные и занесенные в блок 20 коды граничного интервала и { рп Устройство работает следующим образом. В регистр 12 команд записываются командные данные, содержащие сведени о выполняемой функции или набора фун кций и др., например, при вычислении корреляционной функции задаются вид режима КФ (авто-взаимная, матрица КФ), число входов (число одновременно обрабатываемых процессов), число ординат,набор функций, обрабатьшаемы одновременно с КФ (например, плотнести распределения вероятностей, математические ожидания, среднеквадратичные значения), шаг дискретизаци л , а также вид усреднения КФ (линейный или экспоненциальный). Для ав томатического определения степени коррелированности НК/ск указанные данные (кроме числа ординат) поступают на вход блока 20 выбора граничного интервала (на адресные входы) и являются адресом, по которому в блоке 20 записан соответствуюпщй код граничногоо интервала, который считывается и поступает на соответст вующий вход компаратора 21 для сравнения с шагом дискретизации и , записанном в регистре 12 команд и пост пающем на другой вход компаратора 21 Код граничного интервала говорит о том, что начиная с этого интервала и выше ресурсы коррелометра используют ся по времени не полностью, т.е. пос ле цикла вычислений коррелометр простаивает, ожидая очередной запуск АЦП для получения последующих отсчетов входного сигнала. Ниже этого интервала коррелометр загружен по времени полностью. В первом случае выгоден алгоритм СК (2), во втором - НК (1). Компаратор 21, если Д выдает сиг л нал СК, если .-ull utrp выдает сиг нал НК. Затем определяется параметр q (в случае НК) или Q (в случае СК), который указьшает на алгоритм (4) с НК выборкой для высокочастотных процессов или на алгоритм (3) с СК алгоритмом для частично коррелированной выборки. Для этого блок 11 управления вырабатывает первый проход (первый такт работы коррелометра TQ) по указанной компаратором 21 программе (НК или СК выборка). В первом и последующих тактах Т после команд запуска АЦП, поступающих с выхода формирователя 26 импульсов пуска блока 11 управления, на триггер 22 поступает команда сброса с выхода элементов И 31 группы блока 11 управления. Триггер 22 устанавливается в О и запрещает прохождение на тактовый вход счетчика 23 коэффициента импульсов , которые формируются в конце каждого прохода Т0 на соответствующем выходе элементов И 31 группы блока 11 управления. Если до TQ на Вход триггера 22 (вход окончания установки 1) приходит один или несколько импульсов пуска с выхода форьшрователя 26 импульсов пуска блока 11 управления, то триггер 22 устанавливается в 1 и р-азрешает прохождение импульса +1С в конце прохода Tj5. В исходном состоянии код счетчика 23 коэффИ1щента равен нулю (о 0), код а поступает на формирователь 26 импульсов пуска и определяет частоту запуска АДП. По мере увеличения кода f частота запуска АЦП уменьшается и доходит до величины, когда на триггер 22 до конца каждого прохода Т не поступает ни одного импульса пуска АЦПр в этом случае прекращается, поступление +1С на счетчик 23 коэффициента, код ( ((J) устанавливает- . ся и является окончательным для данного алгоритма вычислений. Таким образом, без участия оператора, автоматически определяется оптимальный алгоритм вычислений корреляционной функции по форм; лам (1)-(4). Введение блоков 20-23 ;гпя автоматического определения степени коррелированности (НК/ск) и параметра Q ( ) позволяет исключить ошибки оператора и времени на анализ исходных управляющих комавд для выбора алгоритма вычисления.

Фиг.г