Устройство определения временного положения и уровня максимумов сигнала Советский патент 1988 года по МПК H03K5/153 

Изобретение относится к аналого- цифровой технике и предназначено для использования в автоматических приемных устройствах, устройствах анализа импульсных сигналов и устройствах автоматики для определения моментов появления и уровня локальных и основного максимумов .

ля 1, его второй вход является вторым входом устройства 17, а выход соединен с первым входом первого элемента совпадения 9 и первым входом триггера 7s выход которого соединен с пер- вым входом второго элемента совпадения 10 и вторым входом первого элемента совпадения 9, выход которого

Изобретение относится к области аналого-цифровой техниЛи и предназначено для использования в автоматических приемных устройствах, устройствах анализа импульсных сигналов и устройствах автоматики для определения моментов появления и уровня локальных и основного максимумов сигнала. Цель изобр.етения - повышение точности определения временного положения максимума сигнала при повьппении надежности и уменьшении Габаритов устройства, а также расширение функциональных возможнос ей за счет обеспечения автоматического анализа как периодических с произвольным периодом, так и непериодических последовательностей сигналов и определения временного положения уровня локальных и основного максимумов за время, не превышающее длительность сигналов. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, регистры 2 и 15 памяти, блок 3 сравнения, блок 4 управления, генератор 5 опорной частоты, формирователь 6 импульсов запрета, триггер 7, элементы ИЛИ 8 и 14, элементы 9 и 10 совпаденияj элемент 11 задержки, счетчик 12 импульсов, управляемый ключ 13, входы 16 - )8 и выходы 19-22, Работа уст ройства поясня гся временными диаграммами, приведенными в описании изобретения. 2 ил. У гето Сэшяв

Целью изобретения является пов з1ше-,р является первым выходом устройства 19

ние точности определения временного положения максимума сигнала при повышении надежности и уменьшении габаритов устройства, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения автсц атического анализа как периодических с произвольным периодом., так и непериодических последовательностей сигналов, и определения временного положения уровней локальных и основного максимумов за время, не превьш1ающее длительность сигнала.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие функционирование устройства.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, первьш регистр 2 памяти, блок 3 сравнения, блок 4 управления, генератор 5 опорной частоты, формирователь 6 импульсов запрета, триггер 7, первый элемент ИЛИ 8, первьй 9 и Итерой 10 элементы совпадения, элемент 11 задержки, счетчик 12 импульсов, управляемый ключ 13, второй элемент ИЛИ 14, второй регистр 15 памяти, входы 16 - 18 и выходы 19 - 22.

IS

20

30

35

и соединен с сигнальным входом ключа

13,входом Сброс триггера 7 и чере элемент задержки 11 соединен со входом Сброс первого регистра памяти первый выход блока сравнения 3 соеди нен с первым управляюгаим входом ключа 13 и входом Сброс счетчика 12, второй вьпсод блока сравнения соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 8, а третий выход блока сравн ния 3 соединен с третьим входом перв го элемента совпадения 9 и вторым входом первого элемента ИЛИ 8, выход которого соединен со вторым входом второго элемента совпадения 10, выход второго элемента совпадения 10 соединен со счетным входом счетчика 12, установочный вход которого является третьим входом устройства

18, первый выход счетчика соединен со вторым управляющим входом к.шоча 13 и первым входом второго элемента ИЛИ 14, а второй выход счетчика - с первым входом второго регистра па мяти 15, второй вход которого соединен, с выходом первого регистра памяти 2, выход ключа 13 соединен со, вторым входом второго элемента I-fflJl

14,выход которого является вторым выходом устройства 20 и соединен с

Первый вход аналого-цифрового управляющим входом второго регистра

образователя 1 является входом устройства 16, а второй вход соединен с первым выходом блока управления 4, к входу которого подключен генератор опорной частоты 5, а второй выход

блока управления 4 соединен с синхронизирующим входом блока сравнения 3, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу аналого-цифрового преобразователя 1 и выходу регистра памяти 2, первьш вход которого соединен с упомянутым выходом анапого-цифрового преобрйзовате- ля а первый выход блока сравнения 3 соединен со вторым входом регистра памяти 2, Первьй вход формирователя импульсов запрета 6 соединен с выходом аналого-цифрового преобразоватеS

0

0

5

и соединен с сигнальным входом ключа

13,входом Сброс триггера 7 и через элемент задержки 11 соединен со входом Сброс первого регистра памяти 2, первый выход блока сравнения 3 соединен с первым управляюгаим входом ключа 13 и входом Сброс счетчика 12, второй вьпсод блока сравнения соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 8, а третий выход блока сравнения 3 соединен с третьим входом первого элемента совпадения 9 и вторым входом первого элемента ИЛИ 8, выход которого соединен со вторым входом второго элемента совпадения 10, выход второго элемента совпадения 10 соединен со счетным входом счетчика 12, установочный вход которого является третьим входом устройства

18, первый выход счетчика соединен со вторым управляющим входом к.шоча 13 и первым входом второго элемента ИЛИ 14, а второй выход счетчика - с первым входом второго регистра па мяти 15, второй вход которого соединен, с выходом первого регистра памяти 2, выход ключа 13 соединен со, вторым входом второго элемента I-fflJl

14,выход которого является вторым выходом устройства 20 и соединен с

управляющим входом второго регистра

5

0 5

памяти 15, первый и второй выходы которого являются третьим и четвертым выходами устройства 21 и 22,

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал (фиг. 2а) подается на первый вход аналого-цифрового преобразователя (А1Ш) 1, который через интервалы времени, задаваемые генератором 5 опорной частоты, по каждому тактовому импульсу (фиг.2Б)5 поступающему на его второй вход от блока 4 управления, обеспечивает преобразование текущего значения уровня сигнала в пропорциональный этому значению двоичный L-разрядньй код AJ,. На фиг, 2а- пунктирной линией условно показан результат аналого31437

цифрового преобразования сигнала.Такты работы устройства условно обозначены на фиг. 2в цифрами от 1 до 30. Полученный код А,, с выхода АЦП 1 поступает одновременно на первый вход формирователя 6 импульсов запрета, первый вход регистра 2 и на первый вход блока 3 сравнения кодов. На второй вход блока 3 сравнения поступает L-разрядный код Ац с выхода регистра 2, а на его вход синхронизации - импульсы синхронизации (фиг.2г) со второго выхода блока 4 управления. Импульсы синхро1йизации задержаны от

носительно тактовых на время t

си )

достаточное для завершения преобразования сигнала в АЦП 1. Блок 3 сравнения по импульсам синхронизации осуществляет сравнение кодов А и А, поступающих на его первый и второй входы соответственно, и в зависимости от соотношения значений кодов формирует импульс на одном из своих выходов, при этом.

если ,

то импульс формируется на первом выходе блока 3 сра&нения, сли ,

(1)вателя 6 поступает на первый вход триггера 7, устанавливая его в единичное состояние, а также на первый

(2)вход элемента 9 совпадения, запреща

то импульс формируется на втором Bbnco-.jQ прохождение на его выход сигналов, де блока 3 сравнения.

поступающих на остальные входы. Единичный импульс с выхода тригге ра 7 поступает одновременно на второй вход элемента 9 совпадения и пе вый вход элемента 10 совпадения, разрешая прохождение импульсов, поступающих на его второй вход.

если ,

(3)

то импульс формируется на третьем выходе блока 3 сравнения (фиг.2,д, е,ж) .

Перезапись кода А с выхода АЦП 1 в регистр 2 осуществляется импульсами с первого выхода блока 3 сравнения поступающими на второй вход регистра 2, что обеспечивает обновление значения кода в регистре 2 только при нарастании уровня входного сигнала. Следовательно, в регистре 2 в каждый текущий момент хранится код максимального значения сигнала, достигну- им от начала сигнала до текущего момента. Однозначность состояний на выходах блока 3 сравнения обеспечивается тем, что перезапись кода в регистр 2 осуществляется задним фронтом сигнала, поступающего на его второй вход, т.е. после окончания синхроимпульса.

Импульсы с первого выхода блока 3 сравнения также поступают на первый управляющий вход ключа 13, открывая его, и на вход Сброс счетчика 12, устанавливая его в нулевое состояние.

Порог срабатывания формирователя Ь импульсов запрета устанаиливается внешним кодом, подаваемым на вход 17 устройства. Формирователь 6 формирует на своем выходе импульсы запрета (фиг. 26), если значение кода А, поступающего на его первый вход от АЦП 1, превьшает значение кода порога срабатывания, поэтому длительность импульсов запрета (2-16 и 24-28 такты на фиг. 26) соответствует длительности сигналов, отсчитанной на уровсрабатывания формирователя 6.

Выбор значения кода порога срабатывания определяется характером решаемой задачи в каждом конкретном случае. Оно может быть выбрано, на2 пример, таким, чтобы значения кодов сформированные АЦП 1 по Лумовым выбросам при отсутствии сигнала, не превышали значения кода ftopora срабатывания формирователя 6.

25 Импульс запрета с выхода формирователя 6 поступает на первый вход триггера 7, устанавливая его в единичное состояние, а также на первый

вход элемента 9 совпадения, запрещая

o-.jQ прохождение на его выход сигналов,

я, и .

35

поступающих на остальные входы. Единичный импульс с выхода триггера 7 поступает одновременно на второй вход элемента 9 совпадения и первый вход элемента 10 совпадения, разрешая прохождение импульсов, поступающих на его второй вход.

Импульсы со второго и третьего выходов блока 3 сравнения, формируемые им после дост1 ения сигналом максимума при выполнении условия (2) или (3) соответственно, через элемент ИЛИ 8 и элемент 10 совпадения поступают на счетный вход счетчика 12

45

50

55

(фиг.2з). После поступления на счетный вход счетчика 12 некоторого числа импульсов происходит останов счетчика 12 и Q-й импульс, поступающий на счетный вход, транслируется на первый выход счетчика 12 (фиг.2и). Импульс с первого выхода счетчика 12, являющийся признаком наличия максимума сигнала ПИ„акс после прохождения им элемента i JTM 14 поступает на выход 20 устройства (фиг. 2м). Одновременно на втором выходе счетчика 12 формируется и хранится до сброса счетчика двоичный код Т „г времени задержки признака максимума относи51 37979

фактическогВ момента наступмаксимума сигнала. В общем величина времени задержки

му т н п м в п п м п х н

а ,

-..СИ

Т г, пя определяется выражением

.ПМ СН

где п - число импульсов, поступив-- агахчна счетный вход счетчика 12;

Т„,„ - - период импульсов синхронизации;

время задержки импульсов синхронизации. Значение Q, задаваемое на счетчик 12 внешним кодом, поступающим на вход 18 устройства, определяет наименьший период следования локальных максимумов сигнала, требуемый для различения устройством. При рассмотрении временных диаграмм, приведенных на фиг. 2, для однозначности .рассмотренного примера принято значение .

С первого выхода счетчика 12 импульс поступает также на второй управляющий вход ключа 13 и закрывает его (фиг.2л), Этот же импульс с выхода элемента {-ШИ 14 поступает на управляющий вход второго регистра 15 и обеспечивает по спаду импульса за- пксъ; хранение и вьщачу на выходы 21 и 22 кода времени задержки признака максим т5а и кода уровня максимума сигнала, поступающих на информационные входы регистра 15 со второго выхода счетчика 12 и выхода первого регистра 2 соответственно.

При дальнейшем нарастании уровня входного сигнала и при выполнении условия 1 (см„ 8-й такт фиг.2) на первом вьшоде блока 3 сравнения формируется .и-мш/льс,- который обеспечивает запись нового значения кода А в регистр 2,, вновь открывает ключ 13 и устанавливает счетчик 12 в нулевое состояние, при этом цикл работы устройства повторяется до следующего максим т-ш скгнапа.

Таким образом, на выходах 20 22 устройства за время длительности сигнала формируется информация о наличии локальных максимумов (признак максимума П1 , выходе 20), о времени задержки признака максимума, относительно- фактического момента наступления максимума (код Та.пи на выходе 21) и об уровне данного макси- сигнала (код АМОКО выходе 22)

0

5

После достижения сигналом максимума на спадах сигнала (3-5, 13-16 такты на фиг,2) импульсы, формируемые на третьем выходе блока 3 сравнения, поступают также на третий вход элемента 9 совпадения, который открывается только после окончания импульса запрета, поступающего на его первый вход. При этом на выход элемента 9 совпадения пройдет первый импульс, сформированный на третьем выходе блока 3 сравнения после окончания импульса-запрета, т,е, после

5 окончания сигнала (17-й такт на фиг.2), Прошедший через элемент 9 совпадения импульс с его выхода поступает одновременно на выход 19 устройства, выдавая информацию об окончании сигнала, на сигнальный вход ключа 13, на вход Сброс триггера 7, устанавливая его по спаду импульса в нулевое состояние и запрещая тем самым дальнейшее прохождение импульсов через элементы 9 и 10 совпадения. Этот же импульс, задержанный элементом 11 задержки на время, необходимое для записи кода уровня максимума сигнала из регистра 2 в регистр 15, поступает на вход Сброс регистра 2, устанавливая его в нуле вое состояние. Появление импульса Конец сигнала на выходе 19 устройства свидетельствует о том, что анализ данного сигнала завершен и полученная с выходов 20 - 22 информация о времени прихода и уровне максимума сигнала соответствует его основному максимуму.

Ключ 13 (фиг, 2л) открывается импульсами с первого выхода блока 3 сравнения и закрывается импульсом с первого выхода счетчика 12, формируемым последним при поступлении Q-ro импульса на его счетный вход. Для сигналов с длительным спадом (фиг,2, такты А-6, 13-17); при анализе которых обеспечивается формирование импульса на первом выходе счетчика 12, ключ 13 в формировании вы-, ходных сигналов участия не принимает, Однако для некоторых сигналов, например короткоимпульсных, длительностью соизмеримой с периодом тактовых импульсов, а также импульсов с

монотонно нарастаюпщм фронтом и коротким ( 6 , ) спад.ом (24-28 такты на фиг, 2а), введение ключа 13 с указанными связями в схему устройства

0

5

0

5

0

необходимо, так как он позволяет сформировать всю необходимую выходную информацию на выходах 20 - 22, в том числе и для этих сигналов. При анализе устройством таких сигналов число импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 12, оказывается меньшим числа Q (фиг. 2з, такты 28-29), поэтому импульс на первом выходе счетчика 12 не формируется и ключ 13 остается открытым. Это дает возможность импульсу, сформированному на третьем выходе блока 3 сравнения после окончания сигнала (29 такт на фиг. 2з), после прохождения через элемент 9 совпадения пройти также через открытый ключ 13, элемент ИЛИ 14 на выход 20 устройства и в соответствии с описанным порядком работы обеспечить формирование и вьщачу выходной информации на выходы 21 и 22.

Таким образом, при поступлении на вход 16 устройства сигналов, в результате анализа которых не происходит формирование импульса на первом выходе счетчика 12, на выходах 19 - 22 устройства все выходные импу; сы

и коды будут также сформированы, причем значение кода задержки признака максимума, получаемого на выходе 21, определяется числом импульсов

- пришедших на счетный вход счетчика 12, т.е. соответствует фактическому времени задержки признака максимума относительно момента наступления максимума сигнала.

Установка устройства в исходное состояние обеспечивается импульсом с выхода элемента 9 совпадения, кото рьш сбрасывает триггер 7 в нулевое состояние и после прохождения элемента 11 задержки устанавливает регистр 2 также в нулевое состояние, после чего устройство оказывается подготовленным для анализа следующего сигнала.

Формула изобретения

Устройство определения временного положения и уровня максимумов сигнала, состоящее из аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с первым выходом блока управления, к входу которого подключен генератор опорной частоты.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

а второй выход блока управления соединен с синхронизирующим входом блока сравнения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу аналого- цифрового преобразователя и выходу первого регистра памяти, первый вход которого соединен с упомянутым выходом аналого-цифрового преобразователя, а первый выход блока сравнения соединен с вторым входом регистра памяти, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, дополнительно введены формирователь импульсов запрета, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы совпадения, триггер, элемент задержки, счетчик импульсов, управляемый ключ и второй регистр памяти, причем первь.ш вход формирователя импульсов запрета соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, его второй вход является вторым входом устройства, а выход соединен с первым входом первого элемента совпадения и первым входом триггера, выход которого соединен с первьм входом, второго элемента совпадения и вторым входом первого элемента совпадения, выход которого является выходом устройства, а также соединен с си гнальным входом управляемого ключа, входом Сброс триггера и через элемент задержки - с входом Сброс первого регистра памяти, первый вьгход блока сравнения дополнительно соединен с первым управ ляющим входом ключа и входом Сброс счетчика, второй выход блока сравнения соединен с первым входом первого элемента ИПИ, а третий выход блока сравнения соединен с третьим входом первого элемента совпадения и вторьм входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента совпадения, а выход последнего соединен со счетным входом счетчика, установочный вход которого является третьим входом устройства, первый выход счетчика соединен с вторым управляющим входом ключа и первым входом второго элемента ИЛИ, а второй выход счетчика соединен с первым входом второго регистра памяти, второй вход которого соединен с выходом первого регистра памяти, выход управляемого ключа соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход

91437979 °

которого является «торым выходом уст- и второй вькоды которого являются ройства и соединен с управляющим вхо- третьим и четвертым выходами устдом второго регистра памяти, первый

ройства.

ройства.