Адаптивное цифровое устройство для определения амплитуды и длительности случайных сигналов Советский патент 1986 года по МПК G06F17/18 G01R19/00 

1

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и Может быть использовано для анализа сл учайных процессов в измерительных устройствах и в системах автома- ти.зированной обработки сигналов. Цель изобретения -- расширение ф шкциональных возможностей устройства за счет автоматической настройки измерительного порога по уровням мумов и -повышение точности настройки измерительного порога.

На фиг. 1 йриведена схема предлагаемого устройства ; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов,

Устройство содержит первый 1 и второй 2 сумматоры, элемент НЕ 3, блок 4 управления, первый 5 и второй 6 регистры, коммутатор 7, блок 8 инверторов и элемент 9 задержки. Позициями 10 и 11 обозначены соответственно входы информационный и синхронизации устройства, позициями 12 и 13 выходы параллельного двоичного кода длительности и амплитудно- го значения и синхронизации.

Блок 4 управления содержит триггер 14 порога, счетчик 15, триггер 16 длительности, триггер 17 комм у- .тации,элементы 18 и 19 задержки, элемент Ш1И 20, элементы НЕ 21 и 22, первый 23, второй 24, третий 25, четвертый 26 и пятый 27 элементы И.

.На фиг, 1 двойными линиями обо- значены линии связи для передачи параллельных кодов 5 при этом на вхо 10 уст4 ойства поступают п-разрядные коды. Второй сумматор 2 и второй регистр 6 имеют по п разрядов, а пер- вый сумматор 1 и первый регистр 5 имеют по (n+k) разрядов, причем на первые и третьи входы п-разрядного коммутатора 7 поступают коды со сташих разрядов первого регистра 5, Для определенности считается, что переключение тактируемых элементов памяти (триггер 14 порога, счетчик 15 и регистры 5 и 6) происходит по переднему фронту положительного импульса, поступающего на их входы синхронизации С, при этом изменения сигналов на их входах D после окончния фронта импульса синхрониз ации не приводит к искажению информации, принятой в данном такте. Предполага ,ется, что на входы 10 устройства периодически поступают коды положи7(12

телып-iix чисел (прямые KOAdi ЛИП), соответствующие уровням сигнала в дискретные моменты времени, сопровождаемые сигналами синхронизации на входе 11 устройства (фиг. 2). Измеряемый имнульсный сигнал заключен в интервале между моментами t, и t4, а вне указанного интервала значения напряжений определяются характеристиками шума. Критерием для выделения сигнала является выполнение условия превышения амплитуды текущих

отсчетов над средним уровнем шума

„т в 2 раз.

Принцип раббты устройства рассматривается при . При-этом для хранения среднего скользящего значения шума на интервале усреднения в 2 отсчетов используется первый регистр 5, а максимальное значение измеряемой величины (амплитуда импльса) фиксируется во втором регистре 6,

Устройство работает следующем образом.

В исходном состоянии регистры, счетчкк и триггеры находятся в нулевом состоянии (цепи начальной установки на фиг. 1 не показатпэ). На третьем выходе блока 4 управления (инверсный выход триггера 17) действует сигнал логической , по- стуцаю1дий на третий вход управления коммутатора 7, под действием которого нулевой код с первого регистра 5 через третьи входы ХЗ коммутатора 7 поступает на блок 8 рптерторов. Обратный код числа с выходов блока 8. инверторов поступает на первые вхо.цы второго сумматора 2,, на вторых входах которого прямой код числа соответствует уровню шума в на4Г5

чальць й момент t . Поскольку вход Р переноса второго сумматора 2 постоянно подключен к источнику логической I, суг-1матор 2 выполняет операудию вычитания из входного кода устройства выходного кода коммутатора 7 (сложение прямого кода входного числа А; с дополнительным кодом второго числа). Так как выходы первого рег истра 5 подключены к третьим входам коммутатора 7 со сдвгом в сторону старших разрядов на 2 разряда, второй сумматор 2 выполняет операцию:

un A;--4Xi,(1)

3

где X; - текущее значение кода в первом регистре 5. В момент t значение , поэтому й(х О, и на выходе PJ, переноса второго сумматора 2 вырабатывается сигнал логической 1 под действием которого триггер 14 порога в момент поступления положительного импульса на вход 11 устройства переключается в 1 состояние. Одновременно с этим триггер 7 коммутации также устанавливается в 1 состояние, о&еспечивая формирование сигнала 1 уровня элементов И 27. При возбуждении второго входа управления коммутатора 7 последний передает через блок 8 инверторов код с второго регистра 6 на первые входы второго.сумматора 2, выполняющего операцию:

А;-А„,

(2)

где значение кода во втором регистре 6.

Так как в исходном состоянии А 0, на выходе Р переноса второго сумматора 2 вновь вырабатывается сигнал логической 1, поступающий на первый вход элемента И 24, на второй вход которого через элемент 18 задержки поступает сигнал синхронизации, под действием которого -во второй регистр 6 записывается код А; с входных шин 10 устройства. С окончанием на входе 11 устройства импульса синхронизации через интервал времени, определяемый параметрами элемента 18 задержки триггер 17 коммутации переключается в исходное состояние.

По каждому следующему сигналу синхронизации, поступающему на вход 11, в устройстве выполняется описанная последовательность операций с той лишь разницей, что в каждом такте в счетчик 15 добавляется единица, а запись нового кода во второй регистр 6 происходит при выполнении условия:

.

(3)

Счетчик 15, измеряющий временной интервал, в течение которого в каждом такте работы устройства выполняется условие

д„& о,. (4) имеет период счета, превышающий максимальную длительность анализируемых сигналов. В момент t, на выходе счет331704

чика 15 вырабатывается сигнал, свидетельствующий о том, что длительность интервала, в течение которого выполнялось условие .(4), превышает

5 допустимую величину, следовательно, выполнение условия (4) вызвано не наличием импульсного сигнала, а несоответствием первоначального измерительного порога фактическим услови10 ем работы. По сигналу переноса со счетчика 15 триггер 16 длительности устанавливается в 1 состояние, и с момента t, начинается вычисление скользящего среднего значения шума.

15 При единичном состоянии триггера 16 через элемент ИЛИ 20 на вход элемента И 26 поступает сигнал разрешения, под действием которого возбуждается первый вход управления коммутато20 ра 7. При этом на первые входы второго сумматора 2 поступает обратный код величины X; с первого регистра 5. На выходе второго сумматора 2 формируется код разности:

25

Д, А,--Х,,,

(5)

Код разности поступает на вторые входы п младших разрядов первого сумматора 1, на вторые входы стар- ших разрядов и на вход переноса которого подается сигнал логической 1 с элемента НЕ 3 прийк 0, и сигнал логического О , Следо

вательно, на вторые входы первого сумматора 1 поступает в зависимости от знака разности либо прямой, либо дополнительный код этой разности,

уменьшенный за счет сдвига разрядов в 2 раз. Значение кода на выходах

первого сумматора 1 соответствует выражению:

V -V 1

(6)

сигнал на выходе элемента И 23, вырабатываемьш с задержкой относительно сигнала синхронизации, производит запись кода скользящего среднего значения шума, определяемого рекуррентным соотношением (6), в

первьй регистр 5. Коррекция среднего значения производится до момента t, пока выполняется условие (4). В момент t условие (4) не выполняется и триггер 14 порога переключается в нулевое состояние, устанавивая в нулевые состояния счетчик 15 и триггер 16 длительности..Несмотря на переключение триггера 14

порога выходной сигнал синхронизации (на выходе 13 устройства) не вырабатывается из-за задержки сброса триггера 16, С момента t до момента t продолжается коррекция- среднего значения в -соответствии с выражением (6) за счет того,что триггер 14 порога в указанном интервале находится в нулевом состоянии, так как

. -

в момент tj, вновь выполняется условие (4) и работа устройства не отличается от его работы на начальном интервале от t, до t . При этом значение скользящего среднего значения в первом регистре 5 не меняется а во второй регистр 6 записываются возрастающие значения .кодов импульсного сигнала. Код максимального значения измеренной амплитуды сигнала хранится во втором регистре 6 до момента его считывания (в момент t), когда триггер 14 переключается в нулевое состояние. При этом, поскольку указанное переключение произошло раньше, чем счетчик 15 отсчитал максимальную длительность, триггер 16 длительности находился в нулевом состоянии, и на выходе элемента И 25 вырабатывается выходной сигнал синхронизации, используемый для считывания кода длительности со счетчика 1 5 и кода амплитудного значения со второго регистра 6. После считывания указанных кодов через интервалы времени, определяемые параметрами элементов 9 и 19 задержки второй регистр 6 и счетчик 15 устанавливаются в исходное состояние. Начиная с момента t устройство переходит в режим коррекции среднего значения,, который продолжается до появления следующего импульсного сигнала, когда после проверки условия (4) устройство переключается на режим измерения .

Возможные модификации устройства могут, заключаться в том, что помимо измерения амплитуды и длительности импульсных сигналов, в нем может производиться также определение моментов появления максимумов. Для этого в устройство необходимо ввести счетчик времени и во втором регистре 6 предусмотреть дополнительные разряды, подключенные к выходу счетчика времени, В этом слу чае одновременно с записью во второй регистр 6 кода вероятностного |Ма.ксим;1льного значения в бу- 5 дет записываться и код времени на всех отсчетах возрастающего участка сигнала до достижения точки максимума. Кроме того, для защиты устройства от возможных ошибок при уров0 нях шумов, превышающих предельно допустимые значения для выбранной разрядности элементов, в устройство может быть введен подключенный к старшим разрядам первого регистра ,

5 5 элемент ИЛИ, сигнал с которого свидетельствует о превьш1ении допустимого уровня шума. В устройство могут быть введены также элементы, обеспечивающие вычисление йзмеритель0 рюго порога, коэффициент пропорциональности которого по отношению к среднему значению шума отличен от величины 2 , где m - целое число.

5 Формула-изоб-ретения 1, Дцаптивное цифровое устройство для определения амплитуды и длитель- ности случайньгх сигналов, содержа- ш,ее первый и второй регистры, ком0 муТсатор и первый сумматор, выход суммы которого подключ ен к информационному входу первого регистра, выходы старших разрядов которого подключены к первой и второй группам

5 информационных входов коммутатора и первой группе информационных входов первого сумматора, группа выходов второго регистра подключена к третьей грзтпе информационных входов кокму0 татора и является группой выходов амплиту.цы устройства, о т л и ч а- 10 л; е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет автоматической настройки измерительного по5 рога по уровням шумов, оно содержит блок элементов НЕ, элемент задержки, блок управления, элемент НЕ и второй cyMiyia op, первая группа входов которого соединена с группой выхо0 доз блока элементов НЕ, группа входов которого подключена к группе выходов коммутатора, первый, второй и третий управляющие входы которого соединезш соответственно с первым,

5 вторым и третьим выходами блока управления, вторая группа входов второго cyr-n-iaTopa объединена с группой информационных входов второго регистра и подключена к информационной шине устройства, группа выходов суммы второго сумматора подключена к группе младших разрядов второго вхо- да первого сумматора, а переноса второго сумматора подключен к первому входу блока управления непосредственно, а через элемент НЕ - к группе старших разрядов второго входа первого сумматора и его входу переноса, вход синхронизации устройства соединен с вторым входом блока управления, четвертый и пятый выход которого подключены к входам синх- ронизации соответственно первого и второго регистров, вход установки О последнего из которых соединен с выходом элемента задержки, вход которого подключен к шестому выходу блока управления и является синхронизирующим выходом устройства, седь- мой выход блока управления является выходом длительности сигнала устройства.-

2. Устройство по п. 1, о т л и- чаюш:ееся тем, что блок управления содержит счетчик, триггер длительности, триггер порога, первый, второй элементы задержки, первый и второй элементы НЕ, элемент ИЛИ, пять элементов И и триггер коммута - ции, инверсный выход которого и выходы элементов И являются соответственно вторым, четвертым, пятым, ше- стым, первым и третьим выходами блока управления, входы синхронизации триггера порога и счетчика, а также вход установки 1 триггера коммутации и вход первого элемента задержки объединены и являются вторым входом блока управления, выход первого элемента задержки подключен к входу установки О триггера коммутации и первым входам первого и второго элементов И, второй вход второго элемента И объединен с информационным входом триггера порога и является первым входом блока управления, прямой выход триггера порога соединен с управляющим входом счетчика непосредственно, а через второй элемент задержки - с входом первого элемента НЕ и первым входом третьего элемента И, выход первого элемента НЕ подключен к входам установки О триггера длительности и счетчика, разрядные выходы которого являются седьмым выходом блока управления, а выход переноса соединен с входом установки 1 триггера длительности, инверсный выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, третий вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к инверсному выходу триггера порога, второй вход элемента ИЛИ соединен с прямым выходом триггера длительности, а выход элемента ИЛИ подключен к второму входу первого и к первомувходу четвертого элементов И непосредственно, а через второй элемент НЕ - к первому входу пятого элемента И, второй вход которого объединен с вторьм входом четвертого элемента И и подключен к прямому выходу триггера коммутации.

Изобретение относится к области специализированной вычислительной техники и может использоваться для анализа случайных процессов в измерительных устройствах. Цель изобре тения - повьппение точности за счет автоматической настройки измерительного пооога по -уровням шумов. Схема устройства содержит два регистра, коммутатор, сумматоры, блок элементов НЕ и элемент НЕ, блок управле ния, элемент задержки. Соединенные в соответствии с алгоритмом функционирования устройства перечисленные узлы позволяют осуществить режим адаптации, по шумам, что обеспечивает повышение достоверности результатов за счет автоматического разделения 1 сигналов и шумов по заданному отношению сигнал/шум во всем рабочем диапазоне уровней сигналов. 2 ил. § сл ю со со

Вход Л

Триггер 16 Триггер П Вь/код /J

t,

tz Фиг.г

Составитель Э.Сечина Редактор С.Патрушева Техред В.Кадар Корректор М.Максим1-ш1инец,.

Заказ 3037Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская- наб.,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г„ Ужгород, ул. Проектная, 4