Устройство для ввода аналоговой информации Советский патент 1986 года по МПК G06F3/05 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах управления и технологическими процессами и измерения для ввода информа ции О параметрах объектов, поедстав- ленных в виде аналоговых величин, в электронную вычислительную машину.

Целью изобретения является повыше ние быстродействия и точности амплитудно-фазовой обработки аналоговой информации.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства} на фиг, 2 - блок-схема блока выделения одновременных отсче- TQB квадратурных составляющих,,

Устройство содержит коммутатор 1 каналов, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих, регистр 4, блок 5 управления, блок 6 сравнения, блок 7 сопряжения, таймер 8, блок 9 памяти, коммутатор 10, вход 11 сигнала внешней синхронизации, информационные входы 12 и 13 блока выД;еления одновременных отсчетов квадратурных составляющих, первый управляющий выход 14 таймера, первый управляющий вход 15 таймера, информационные входь 16 и 17 таймера, второй управляющий выход 18 таймера,, второй управляющий вход 19 таймера, третий управляющий вход 20 таймера, третий управляюащй ;Вьгход 21 таймера, четвертый управляющий вход 22 таймера, пятый управляющий вход 23 таймера, информационные выходы 24 и 25 коммутатора, информационные входы 26 и 27 первой группы коммутатора, информационные входы 28 и 29 второй группы коммутатора, информационные входы 30 и 31 первого регистра, первый регистр 32, оперативная память 33j арифметико- логический блок 34, мультиплексор 35, второй регистр 36, информационные входы 37 и 38 второй группы устройства, информационные входы 39 и 40 второй группы арифметико-логического блока, информационные входы 41 и 42 первой группы арифметико- логического блока, информационные выходы 43 и 44 арифметико-логического блока, информационные входы 45 и 46 первой группы и 47 и 48 второй группы мультиплексора 35, информационные входы 49 и 50 второго ре770832

гистра, управляющие выходы 51-67 группы таймера.

Устройство работает в Двух основных режимах: с внутренней синхрони- 5 зацией и с внещней,

Каждый основной режим содержит три подрежима: ввод по запросу от ЭВМ, ввод групп параметров с последовательными адресами и ввод отдель10 ных параметров.

При работе в первом подрежиме первого основного режима в устройство поступает от ЭВМ сигнал Готовность ЭВМ на вход блока 7 сопряже15 кия, который по этому сигналу формирует сигнал Готовность устройства и Синхронизация вывода, В ответ на указанные сигналы на вход блока 9 памяти поступает код режима. По сиг20 налу Запись, поступающему с блока 7 сопряжения, осуществляется запись информации, После снятия сигнала Готовность ЭВМ блок 7 сопряжения вырабатывает сигнал Измере25 ние, поступающий на вход блока 5 управления. По этому сигналу блок управления 5 вырабатывает сигнал Перезапись памяти. Последний поступает на вход бхсока 9 памяти,

30 после чего осуществляется перезапись информации с блоке 9 памяти в блок 5 управления. Затем блок 5 управления вырабатывает сигнал Подключение канала, по которому коммутатор 1

35 подключает к входу аналого-цифрового

преобразователя 2 соответствующий

.канал, таймер 8 вьфабатывает сигнал

Тип датчика (67), Сигналом Тип

датчика осуществляется коммутация

4Q входов и выходов блока выделения отсчетов квадратурных составляющих таким образом, что в случае видеосигнального датчика восстанавлива- Iется структура, эквивалентная про45 тотипу.

Измерение производится по сигналу Запуск, поступающему с выхода блока 5 управления на вход 19 таймера 8,

so В случае видеосигнального датчика сигнала Запуск проходит таймер 8 и через выход 14 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2, который формирует сигнал Ко55 нец оцифровки, поступающий на вход 15 таймера. Проходя таймер 8, сигнал Конец оцифровки через вьпсод 18 воздействует на блок 5 управления.

3

По этому сигналу блок 5 управления вырабатывает сигнал Ввод данных, который поступает через таймер 8 (вход 20, выход 21) на вход блока 7 сопряжения и преобразуется в сигнал Запись занньк который управляет записью информации Е буферный регистр 4, После этого блок 7 сопряжения формирует сигнал Готовность устройства. Таким образом, информа- ция готова для ввода в ЭВМ и вводится по соответствующему сигналу.

В случае ра,диометрического датчика по сигналу Запуск, поступа10 це гу с выхода блока 5 управления на вход

19 таймера 8, аналого-цифровой преобразователь 2 запускается восемь

:раз. Сигналы глапускз. аналого-цифрового преобразователя генерируются на выходе 14 таймера. Отсчеты входпого сигнала записываются в оперативную память (фиг, 25 блок 33) блока выделения отсчетов -;задратурных состав- и используются в дaльнeiш eм для вычисления с.и. гусной и косинусной квадратурных составляю1Д11х. После нахождения и записи синусной квадратурной составляющей в выходной регистр (фиг, 2, блок 36) блока выделения отсчетов квадратурных составляюких на выходе 21 таймера.генерируется Ввод данных, на который бло 7 сопряжения реагирует аналогично;, как и в случае видеосигнального датчика. По окончании первого сигнала Готовность устройства, форьхируемо- го блоком 7 сопряжения и поступающего на вход 22 таймера и вычисления косинусной квадратурной составляющей, последняя записывается в вь;- ходной регистр 36, и генерируется повторный сигнал Ввод данных ,

Окончание второго сигнала Готовность устройства является признаком начала формирования сигнала Конец оцифровки, который поступает через выход 18 на блок 5 управления и ocv ществляет переход на следующий канал Ввод информации из других канало осуществляется аналогично,

Второй подре:ким первого ос1товног режима отличается тем, что з блок 9 памяти запиазшаются коды первого и последнего адресов грхттгш параметров. Одновременно в блоке 6 срав- нения ведется сравнение кода последнего адреса группы параметров, постпающего на входы блока 6 сравнения,

рис, 2),

4

блока 9 памяти с текущим адресом измеряемого параметра, поступающего из блока 5 управления. В случае равенства с блока 6 сравнения в блок управления поступает сигнал.Срав- Heirae, Устройство ожидает поступления сигнала запроса из ЭВМ,

Третий подрежим первого основного режима отличается от второго подре мма тем, что в блок 9 памяти записываются адреса отдельных параметров ,

Второй основной режим отличается от первого основного режима тем, что блок 5 управления, вырабатывая сигнал Запуск, обеспечивает поступление импульса синхронизации по входу П на выход 14 таймера (в случае paдIЮ eтpичecкoгo датчика) и далее на вход аналого-цифрового преобразователя, т.е, временные моменты взятия отсчетов определяются теперь синхроимпульсами,

Все подре;1О1мы второго основного в остальном реага1зуются аналогично первом основному режиму.

Прежде чем рассмотреть отдельно работу блока выделения одновременных отсчетов квадратурт1х составля- 01цих, блок-схема которого приведена на фиг. 2, остановимся .коротко на особенностях выходного сигнала радиометрического датчика,

В общем случае выходной сигнал радиометрического датчика может быть представлен в следующем виде:

x(t)A(t)cos Wot-4(t)l A(t)cos (t)sin , (I)

где A(t)A(t)M cos (t); . Ag(t)A(t)4 sin (t); A(t) - амплитуда сигнала; 4(t) - фаза сигнала; W - центральная круговая

частота (известно точно); t - текущее А (t) - синусная квадратурная

составляющая; А (t) - косинусная квадратурная

составляющая,

Оптимальное алапоговое выделение Aj,(t) и A(t) осуществляется по пpикципa,, пр1{веденным в литературе (см, Вакман Д. Ее О наилучшем реали- приближении к преобразователю Гильберта, -- Радиотехника и электрорис, 2),

никг

1976, № 7, с. 1417-1426,

Цифровые алгоритмы вычисления квадратурных составляющих изложены в статье Арро И. О. Дискретизация полосового сигнала: труды Таллинского политехнического института, 1982 № 540, с. 3-9,

Исходя из указанной литературы можно утверждать, что если взять отсчеты x(t) через временный интервал ТГ

At

2 W

и обозначить их как х(п)

о .

x(t), где , , 2.,., то по семи отсчетам можно определить АЗ () и AJ, () по следующим формулам:

Ад () -2х(4),(2)

А () х(5)-х(3) +0,I25ex(7)-x(l)J(3)

Именно формулы 2 и 3 положены в основу вычисления одновременшзпс отсчетов квадратурных составляющих в соответствующем блоке.

Отметим, что конкретные соотношения для вычисления квадратурных составляющих зависят от свойств сигнала x(t) и требуемой точности преобразования. Приведенные соотношения обеспечивают точность 0,1% в относительной полосе частот tl7% и 1% в относительной полосе частот ±30%, При этом ошибка преобразования име- ет монотонную зависимость от расстройки.

Блок выделения отсчетов квадратурных составляющих функционирует следующим образом.

После включения питания таймер 8 принимает исходное состояние. По сигналу Измерение начинается отсчет времени в виде инвариантных временных интервалов.

Сигнал Подключение канала, по- ступающий на входы 16 и 17 таймера, устанавливает на его выходе 67 высо :ий уровень в случае радиометрического, а нулевой в случае видеосиг- чального датчика, В случае высоко уровня коммутатор 10 коммутирует на свои выходы 24 и 25 входы 28 и 29,

По сигналу Запуск (вход 19) заработает система выработки запускающих импульсов аналого-цифрового преобразователя, которые постзшают на выход 14. На каждый запускающий импульс после снятия отсчета анало770836

го-цифровой преобразователь 2 генерирует сигнал Конец оцифровки АЦП,

В таймере 8 на основе этого сигнала вырабатываются сигналы управ- 5 ления записи и хранения входных данных регистра 32 (сигналы 51 и 52), а также перезаписи в оперативную память 33 (сигналгз 53 - 57).

Принятием восьмого сигнала Конец 10 оцифровки АЦП прекращается даль- :нейший запуск аналого-цифрового преобразователя, и таймер 8 переводит блоки 33 - 35 в режим вычисления квадратурных -составляющих, 15

После вычисления синусной квадратурной составляющей А она записывается в выходной рег истр 36, а на выходе 21 генерируется сигнал Ввод 20 данных, ко торый принимается блоком 7 сопряжения, -Блок 7 сопряжения обеспечивает передачу А точно также, как в случае видеосигнального -датчика, т„е, передача данных сопро- 25 вождается сигналом Готовность устройства, который поступает на вход 22 таймера 8,

Одновременно с процессом передачи А блок вычисления отсчетов квад- 30 S

ратурных составляющих продолжает вычисление. После окончания вычисления косинусной квадратурной составляющей АС и сигнала Готовность устройства At переводится в выход35 ной регистр 36, а на выходе 21 генерируется второй сигнал Ввод данных.

Окончанием второго сигнала Готовность устройства заканчивается выработка одновременных отсчетов

квадратурных составляющих сигнала на входе аналого-хщфрового преобразователя, о чем извещается блоку 5 управления сигналом Конец оцифровки , поступающим на выход 18, Те 5 перь блок вьщелення отсчетов квадратурных составляющих может быть использован доя повторной оцифровки того же канала (новый сигнал За- пуск), или Д.ПЯ след-ующего (новый

50 сигнал Подключение канала и Запуск),

С момента поступления сигнала Измерение (высокого уровня) на вход 23 начинается отсчет времени в 55 виде инвариантных временных интервалов ,

Сигналом Подключение канала 16 и 17 формируется сигнал Тип

7

датчика 67, конкретно определяемого номером канала.

; В случае видеосигнального датчика на выходе 67 возникает высокий уровень, под воздействием которого таймер 8 коммутирует выходы 21, 14 и 18, вход 19, а коммутатор 10 устанавливает связь между входами 28 и 29 и выходами 24 и 25. Входы 16 и 17 коммутируются. Теперь сигнал Запуск (вход 19) обеспечивает выработку импульсов инвариантного временного сдвига.

Первый импульс, содержащий инвариантный момент времени, формирует импульс запуска аналого-цифрового преобразователя в момент инвариантности временного отсчета и поступает на выход 14,

В ответ на запускающий импульс аналого-цифровой преобразователь генерирует сигнал Конец оцифровки АЦП в виде импульса высокого уровня, который поступает на вход 15 и формирует сигнал 52, который открывает входные ключи (схемы И) входного регистра 32, Запись данных с входа 30 и 31 во входной регистр происходит в момент окончания импульса Конец оцифровки АЦП, который передается на блок 32 по выходу 51,

Для перезаписи информации с входного регистра 32 в оперативную память 33 по сигналу Конец оцифровки АЦП таймером 8 устанавливается адрес данных на выходах 53 - 55. Перезапись происходит под воздействием низкого уровня на выходах 56 и 57, Низкий уровень на выходах 56 и 57 образуется с момента прихода сигнала Запуск до прихода первого сигнала Конец оцифровки АЦП (адрес - все нули). Адрес в данном случае определяется количеством принятых сигналов Конец оцифровки АЦП, которое фиксируется таймером,

Процесс запуска аналого-цифрового преобразователя, прием сигнала Конец оцифровки АЦП, запись данных с входа 30 и 31 в регистр 32 и перезапись в оперативную память 33 повторяется восемь раз.

Восьмой сигнал Конец оцифровки АЦП устанавливает на выходах 51 и 57 высокий уровень, т.е. записи в регистр 32 и перезаписи в оперативную

20

25

770838

память восьмого отсчета не происходит.

На выходах 53 - 55 формируется адрес для записи данных в оператив- 5 ную память 33.

Таким образом, запускается микропрограмма вычисления квадратурных составляющих А и А, (формулы 2 и 3), Таймер 8 устанавливает адрес сло- 0 ва оперативной памяти 33 (выходы 53 - 55), код операции арифметико- логического блока 34 (выходы 58 - 61), значение переноса младшего разряда арифметико-логического блока 15 (выход 62),

Конкретные значения слова таймера 8 на выходах 53 - 55 и 58 - 62 приведены в таблице.

Первая половина тактового периода идет на установление адреса оперативной памяти 33 и кода операции арифметико-логического блока. Данные на выходе оперативной памяти 33 и соответственно на входе 41 и 42 арифметико-логического блока 34 имеются в течение второй половины за счет низкого уровня на выходе 56, Результат операции арифметико-логического блока фиксируется в мультиплексоре 35 в момент перехода от высокого на низкий уровень сигнала, который возникает на выходе 64,

Для объяснения вычисления вводятся следующие обозначения: А - вхо35 ды 39 и 40, В - выходы 41 и 42, F - выходы 43 и 44, .

Во время первого такта на выходе F образуется значение 0, которое записывается в мультиплексор 35, Во

0 время второго такта А ф, В х(4) и F А - В -х(4). Третий такт: А - х(4), + A -2х(4) AJ,

Этот результат необходимо пере S вести в регистр 36, Для этого в момент прихода четвертого тактового импульса на выходе 66 возникает высокий уровень и отпирает входы 49 и 50 регистра 36, Запись AC S выходной

50 регистр 36 происходит в момент окончания импульса, поступающего через выход 65 на вход регистра 36, Длительность импульса должна быть ие более половины тактового периода,

55 Приход пятого тактового импульса означает переход выхода 65 обратно на низкий уровень и тем самым входы 49 и 50 выходного регистра 36 бло30

9

кируются сигналом 66, и он пер.ево- дится в режим хранения и передачи информации, т.е. записанная квадратурная составляющая А . имеется на выходах 24 и 25,

Генерируется сигнал Ввод данных , который поступает на выход 21, Блок 7 сопряжения реагирует на этот сигнал также, как в случае видеосигнального датчика, т.е. обес печивает перевод данных в регистр 4, что сопровождается генерированием сигнала Готовность устройства , который через вход 22 поступает в таймер 8,

Рассмотрим, как вычисляется косинусная квадратурная составляющая.

Четвертый такт: F (, Пятый такт: А 0, В х(5), F А + в

- х(5). Шестой такт: А х(5),

В х(7), F А + В х(5) + х(7). Седьмой такт: А х(5) + х{7), В х(1), F А - В х(5) + х(7) - х(1). Восьмой такт: А х(5) + х(7)- х(1), В х(3), F А - В х(5) + + х(7) - х(1) - х(3),

Начало восьмого такта означает и начало возникновения высокого уровня на выходе 63, который охраняется до прихода девятого тактового импульса. Этот импульс поступает через выход 63 на вход мультиплексора 35 и осуществляет коммутацию входов 47 и 48 на выход 49 и 50 со сдви гом направо на три разряда, т,е. таким образом осуществляется делегше на восемь в момент записи данных в регистр 36 блока, когда сигнал 64 переходит от высокого на низкий уровень.

Девятый такт: (5) + :+х(7)-х(1)-х(3)Е, (5), + . + В Е + х(5). Десятый такт: А. Е + х(5), В х(3) А А - В Е + х{5) - х(3) А, Одиннадцатый такт: А А , F А, что блоки рует формирование тактовых импульсов таймером 8, Высокий уровень появляется на выходе 56, Затем формируются выходные сигналы 66 и 65, которые обеспечивают перезапись косинусной квадратурной составляющей А ,, из мультиплексора 35 в выходной регистр 36, Отметим, что Аффиксируется в блоке 36 еще до прихода одиннадцатого тактового импульса, при этом формируется импульс, который на выходе 21 даёт сигнал Ввод данных,

7708310

Теперь сигнал.Готовность устройства с входа 22 проходит через тйй- мер. Сформированный выходной импульс поступает на выход 18, Таким обра5 зом на выходе 18 сформирован сигнал Конец оцифровки. Тем самым таймер 8, а также весь блок выделения отсчетов квадратурнксх составляющих приведен в исходное состояние. При

10 повторном запуске по входу 19 весь цикл повторяется.

Предлагаемое устройство открывает принципиально новые возможности обработки мгновенш:)1х значений комплек 5 сной огибающей сигнала, включая высокочастотную фазовую обработку. Устройство может найти применение в измерительных и радиотехнических системах, в которых требуется высокая скорость и

20 точность амплитудно-фазовой обработки входного аналогового сигнала,

Формула изобретения

25 1. Устройство для ввода аналого- .вой информации, содержащее мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, регистр, блок управления, блок сравнения, блок сопряжения, блок памяти, первый и второй управляющие входы блока сопряжения, информационные входы блока памяти, информационные входы мультиплексора являются первым и вторым управляющими входами, информационными входа35 мй первой и второй групп устройства соответственно, первый и второй управляющие выходы блока сопряжения, информационные выходы регистра являются первым и вторым управляющими и

информационньми выходами устройства соответственно, третий и четвертый управляющие выходы блока сопряжения подключены к первому и второму упра-- вляющим входам регистра, пятый и

5 шестой управляющие выходы блока сопряжения подключены к первым управляющим входам блока управления и блока памяти соответственно, информационные выходы блока памяти под50 ключены к информационным входам блока памяти и к информационным входам первой группы блока сравнения , информационные входы второй группы которого подключены к ин55 формационным выходам первой группы блока управления, выход блока сравнения подключен к второму управляю- входу блока управления, пер30

II

вый управляющий выход которого подключен к второму управляющему входу блока памяти, информационные выходы второй группы блока управления подключены к адресным входам мультиплексора, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а . ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности амплитудно-фазовой обработки аналоговой информации, в него введены блок выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих, коммутатор, таймер, информационные выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к информационным входам блока выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих и информационным входам первой группы коммутатора, информационные выходы блока выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих подключены к информационным входам второй группы коммутатора, информационные выходы которого подключены к информационным входам регистра, управляющие выходы группы таймера подключены к управляющим входам блока выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих, первый, второй и третий управляющие выходы таймера подключены соответственно к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, к третьему упраляющему входу блока управления и к третьему управляющему входу блока сопряжения, управляющий выход аналого-цифрового преобразователя, тре0

15

7708312

тий и второй управляющие выходы блока управления, второй и пятый управляющие выходы блока сопряже ния соединены соответственно с первого по 5 пятый управляющими входами таймера, шестой управляющий вход таймера является тактовым входом внешней синхронизации устройства, четвертый управляющий выход таймера подключен к управляющему входу коммутатора.

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок выделения одновременных отсчетов квадратурных . составляющих содержит два регистра, оперативную память, арифметико-логический блок, мультиплексор , управляющие входы первого и второго регистров, оператив|юй памяти, арифметико-логического блока и мультиплексора являются управляющими входами блока, информационные входы первого регистра являются информационными входами блока, информационные выходы первого регистра подключены к информационным входам оперативной памяти, информационные выходы которой подключены к информационным входам первой группы арифметико-логического блока, информационные выходы которого подключены к информационным входам первой и второй групп мультиплексора, информационные выходы которого подключены к информационным входам второго регистра и информационным входам второй группы арифметико-логического блока, информационные выходы второго регистра являются информационными выходами блока,

20

5

0

5

Исходное состояние

О 1

1 О

1 1

О о

1 о о

1

0101 1101

1 1 1 1 о

о о 1

о о

1

о о 1

о о

о 1

о 1 о

1

о о 1

о о

о о

1

о 1

Изобретение относится к области та1числительиой техники и предназначено для ввода аналоговых величин в ЭВМ. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности амплитудно-фазовой обработки аналоговой информации. Устройство для ввода аналоговой информации дополняется блоком выделения одноименных отсчетов квадратурных составляющих, точность выделения которых при соответствующей разрядности АЦП достигает .0,1% в относительной полосе частот ±17% и 1% в относительной полосе частот ±30%. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. to 00 СО

ш

W

2В/

I

иг, 1

фиг. 2

niuiuii

/« /5 ff /7 /5 ГЭ 20 21 22 23

Редактор Э, Слиган

Составитель В. Базовкин

Техред В.Кадар Корректор М. Демчик

Заказ 6666/41 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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