Устройство для определения экстремальных значений аналогового сигнала Советский патент 1987 года по МПК H01G5/01 H01G5/13 

Изобретение относится к системам обработки и хранения информации, в частности Экстремальных значений параметров, и может быть использовано в устройствах для амплитудных измерений в машиностроении.

Цель изобретения - расширение области применения за счет фиксации максимального значения сигнала.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2-4 - временные диаграммы работы устройства. .

Устройство содержит формирователь 1 кодов, элементы И-НЕ 2 и 3, формирователь 4 импульсов, счетчики 5 и 6, триггер 7, в составе формирователя импульсов - интегрирующую RC- цепочку 8, элемент И-НЕ 9, элемент ИЛИ 10, элемент И 11, триггер 12, элемент И 13, элемент ШШ-НЕ 14, элемент И 15, элемент НЕ 16.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда на шине управления присутствуют нулевой уровень напряжения, на шинах прямого и дополнительного кодов формирователя 1 кодов (согласно фиг. 4), устанав-зо Фронту на их счетных входах. Следо- ливаются единичные- уровни напряжения, которые на выходе элемента И-НЕ 2 формируют нулевой уровень. Б результате оба триггера 7 и 12 устанавливаются в нулевое состояние. Счетчики 6 и 5 устанавливаются в нуль единичным уровнем на их R -входе. В исходном состоянии счетчик 6 установится в нуль, так как на выходе элемента И 1 1 сформируется единичный уровень, а счетчик 5 устанавливается в единичное состояние. При этом на выходных шинах минимального, максимального и разностного кодов устанавливаются нулевые уровни напряжения. В момент пуска устройства на шине управления формируется единичный

триггер 12 переключится в единичное состояние, т.е. на его инверсном вы- gQ ходе установится нулевой уровень напряжения, который сформирует на выходе ИЛИ-НЕ 14 единичный уровень напряжения. А этот уровень будет удерживать счетчик 5 в нулевом совательно, в момент t,, , когда на шине прямого кода происходит переключение напряжения с нулевого уровня на единичный, формирователь импульсов, стоящий из элемента ИЛИ 10, первого элемента И 11 времязадающей RC-це- почки 8 и третьего элемента И-НЕ 9, сформирует на выходе элемента И 11 короткий положительный импульс, кото

4Q рь1й установит счетчик 6 вновь в нулевое .состояние. Счетчик 5 с приходом на его счетный вход первого импульса устанавливает на своих выходах нулевое состояние, т.е. на ходе его старшего разряда происходит переключение уровня напряжения из единицы в нуль. В результате

уровень напряжения, которьш разрешает работу формирователя 1 кодов. Последний представляет собой АЦП двухтактного интегрирования; его ра- (зота ясна из графиков на фиг, 4, В течение времени в АЦП происходит интегрирование входного сигнала; с момента t и до t, - интегрирование образцового напряжения противоположной полярности. В этот МО- - мент времени на шине прямого кода формируетс я отрицательный импульс

55

стоянии по R-входу до момента переключения уровня напряжения на шине прямого кода с нуля на единицу.

Следовательно, к моменту формирования нулевого уровня на шине дополнидлителыюстью (L -t), пропорпиоилль- Hof i величине входного сигнала в дан- йый момент дискретизации. С момента t и до момента t на шине дополнительного кода формируется также отрицательный импульс длительностью (t,t,,). При этом (, )-b.(t,-t)

t -t - t -t M 3 . о

В момент t заканчивается первый цикл преобразования МЩ и начинается второй и т.д.

В момент t, т.е. с приходом нулевого уровня по шине прямого кода

на вход элемента И-НЕ 2, на его выходе сформируется единичный уровень, которьм разрешит прохождение через элемент И-НЕ 3 импульсов высокой частоты с тактового выхода формирователя. Эти импульсы поступают на счетные входы обоих счетчиков 5 и 6. Емкость каждого счетчика равна N импульсов. А так как за время (,) формирования прямого кода в счетчик

6 пройдет число импульсов меньше N, значит счетчик 6 к моменту t не переполнится и триггер 7 своего состояния не изменит. Оба триггера 7 и 12 изменяют свое состояние по заднему

зо Фронту на их счетных входах. Следо-

вательно, в момент t,, , когда на шине прямого кода происходит переключение напряжения с нулевого уровня на единичный, формирователь импульсов, стоящий из элемента ИЛИ 10, первого элемента И 11 времязадающей RC-це- почки 8 и третьего элемента И-НЕ 9, сформирует на выходе элемента И 11 короткий положительный импульс, кото4Q рь1й установит счетчик 6 вновь в нулевое .состояние. Счетчик 5 с приходом на его счетный вход первого импульса устанавливает на своих выходах нулевое состояние, т.е. на ходе его старшего разряда происходит переключение уровня напряжения из единицы в нуль. В результате

55

стоянии по R-входу до момента переключения уровня напряжения на шине прямого кода с нуля на единицу.

Следовательно, к моменту формирования нулевого уровня на шине дополнительного кода (t на фиг. 4) оба счетчика 6 и 5 обнулены. Дополнительный код в первом цикле преобразования записывается в оба счетчика 6 и 5 и хранится в них до прихода прямого кода во втором цикле преобразования (код b на фиг. 2). Так как Ь а, то при записи в счетчик 6 кода b счетчик переполнится, и после переполнения в него запишется разность (Ь-а). При переполнении счетчика 6 триггер 7 переключится в единичное состояние и следовательно, по окончании нулевого уровня на шине прямого кода установочный импульс на выходе первого элемента И 11 не сформируется и счетчик 6 не обнулится. А это значит, что дополнительный код (N-b) второго цикла преобразования сложится в счетчике 6 с хранимой там разностью Ь-а (фиг. За):

(N-b)+(b-a)N-a,

Аналогично в третьем цикле к хранимой разности (N-a) сложится вначале с, а затем (N-c),T.e. на момент окончания записи в счетчике 6 каждого очередного дополнительного кода (N-i), сформированного на участке возрастания входного сигнала и на участке убывания, не превьшающем по размаху участка возрастания, в счетчике 6 запоминается дополнительный код минимального значения входного сигнала.

При записи в счетчик 6 кода е, который меньше а, переполнения счетчика не-произойдет:

(N-a)+e , так как а с ,.

Триггеры 7 и 12 устанавливаются в нуль по R-входам в каждом цикле преобразования в момент интегрирования АЦП входного сигнала. Следовательно на момент окончания нулевого уровня кода е триггер 7 остается в нулевом состоянии, и на выходе первого элемента И 11 сформируется короткий положительный импульс, который установит счетчик 6 в нулевое состояние. После этого в счетчик 6 запишется дополнительный код наименьшего значения сигнала (N-e) и будет храниться там динамически аналогично ранее хранимому коду (N-a). В счетчик 5 на счетный вход поступают те же

0

5

прямые и дополнительные коды, что и на вход счетчика 6, но благодаря иной схеме включения счетчик 5 запоминает динамически дополнительный код максимального значения сигнала. Процессы, происходящие в счетчике 5, показаны на фиг. Зб. Как уже отмечалось, в исходном состоянии счетчик 5 находится в состоянии максимального числа на его выходах. Следовательно, с приходом на его счетный вход первого импульса кода а уровень напряжения на выходе старшего разряда счетчика переключается с единицы на нуль, а триггер 12 при этом переключается в единичное состояние. В результате нулевой уровень на его инверсном выходе формирует на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 единичный уровень, который удерживает счетчик 5 в нулевом состоянии до окончания кода а. После этого в счетчик 5 запишется код (N-a). Далее к коду (N-a) доза- 5 пишется код Ь, а так как b а, то при записи b счетчик 5 вновь переполнится, что переключит триггер 12 и вновь заблокирует счетчик 5 через элемент ИЛИ-НЕ 14 в нулевое состояние до окончания прямого кода b. По окончании кода b блокировка снимается, и в счетчик 5 запишется дополнительный код большего числа (N-b) и т.д. После прямого кода с в счетчик 5 запишется и будет храниться код N-C. И на момент окончания записи кода (N-d) и (N-e) в счетчике будет храниться код N-c;

0

5

40

(N-c)+d+(N-d)+e+(N-e)(N-c)+2N,

т.е. произойдет два переполнения, а содержимое счетчика на момент окончания дополнительного кода (N-e) бу45 дет равно (N-c). С приходом большего кода k вновь сработает блокировка. А по окончании k в счетчик 5 запишется код (N-k) и будет храниться динамически аналогично ранее хранимому

50 коду (N-C).

Следовательно, исходя из графиков процессов в счетчиках, изображенных на фиг. За и 36, можно заключить что прямой код минимального значе55 ния входного сигнала можно вьщелить в любом цикле преобразования АЦП во время формирования каждого прямого кода до момента переполнения

счетчика 6. Это обеспечивается элементом ИЛИ 10 и элементом 16. Прямой код максимального значения входного сигнала можно также вьщелить в любом цикле преобразования АЦП с момента начала прямого кода и до момента переполнения счетчика 5. Это обеспечивается элементом И 13. Благодаря тому, что начала формирования минимального и максимального кодов совпадают, разностный код можно вы- дели ть с помощью элемента И 15. Таким образом, получаем на шинах минимального, разностного и максимального кодов положительные импульсы, длительности которых пропорциональны соответствующим значениям входного сигнала.

Форм у л а изобретения

Устройство для определения экстремальных значений аналогового сигнала, содержащее формирователь кодов, первый и второй элементы И-НЕ, первый и второй счетчик, триггер, элемент И, формирователь импульсов, включающий элемент ИЛИ, интегрирующую RC-цепочку, элемент И-НЕ и элемент И, причем вход формирователя кодов является входом аналогового сигнала устройства, выход дополнительного кода формирователя кодов соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу прямого кода формирователя кодов и к первым входам элементов ИЛИ и И формирователя импульсов, а выход соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к тактовому выходу формирователя кодов, а выход соединен со счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого подключен к синхровходу триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого через интегрирующую цепочку

0

5

соединен с первым входом элемента И-НЕ формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом начала цикла формирователя кодов, а выход соединен с вторым входом элемента И формирователя импульсов, выход формирователя импульсов подключен к входу установки в ноль первого счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности фиксации максимального значения сигнала, выход элемента И формирователя импульсов является выходом формирователя импульсов, в устройство введены два выходных элемента И, элемент ИЛИ-НЕ, второй триггер и два элемента НЕ, причем выход начала; цикла формирователя кодов через первый элемент НЕ соединен с входом установки в единичное состояние второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента 5 И-НЕ, а выход переполнения соединен с синхровходом второго триггера, вход установки в ноль которого подключен к выходу первого элемента И-НЕ, входу установки в ноль первого триггера и первому входу первого выходного элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера и первым, входом элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к выходу прямого кода формирователя кодов, а выход соединен с входом установки в нулевое состояние второго счетчика, выход первого выходного элемента И является выходом максимального значения сигнала устройства и соединен с первым входом второго в ыходного элемента И, выход которого является выходом значения разности устройства, а второй вход соединен с выходом элемента ИЛИ и входом второго элемента НЕ, выход которого является выходом минимального значения сигнала устройства.

0

5

0

5

н-а

t . .N-Ь

ilj f f H-a

Pf«

6 jN-b

C( . ki -6 f

Редактор Н.Егорова

Составитель Е.Иванова Техред М.Ходанич

Заказ 4048/43Тираж 672Подписное

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

Фиг. 2

Н-С I d

Р1л с ft-c

ь p ±It -f 1

s«

Корректор И.Муска

Изобретение относится к системам обработки и хранения информации, в частности экстремальных значений параметров, и может быть использовано в устройствах для амплитудных измерений в машиностроении. Устройство содержит формирователь 1 кодов, элементы И-НЕ 2,3, счетчики 5, 6, триггеры 7,12 формирователь 4 импульсов, элементы ИЛИ-НЕ 9 и 10, НЕ 11, интегрирующую RC-цепочку 8. Формирователь кодов, представлякмций собой АЦП двухтактного интегрирования, формирует на выходе коды, пропорциональные прямому и дополнительному кодам аналогового сигнала. При подсчете числа импульсов, пропорционального этим кодам, а счетчиках вьщеля- ются сигналы, пропорциональные максимальному и минимальному значениям аналогового сигнала и их разности. 4 ил. с (Л