Устройство для цифровой обработки аналогового сигнала Советский патент 1990 года по МПК G01R19/25 

J

ю

(/

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике. Цель - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения в цифровой форме наибольшего и наименьшего значений аналогового сигнала. Устройство содержит схему 1 сравнения, генератор 2 импульсов, счетчики 3....5, дешифраторы 6, 7, цифроаналоговый преобразователь 8, регистры 9, 10, элементы И 11....16, элементы НЕ 17, 18. 2 ил.

Вход

сп

О5 0 ОЭ

vl

Фиг.

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при решении задач медицинской и технической диагностики.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения в цифровой форме наибольшего и наименьшего значений аналогового сигнала.

На фиг.1 представлена схема устройства для цифровой обработки аналогового сигнала; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая принцип его действия.

Устройство для цифровой обработки аналогового сигнала содержит (фигИ) схему 1 сравнения, генератор 2 импульсов, первый 39 второй 4 и третий 5 реверсивные счетчики „ первый Ь и второй 7 дешифраторы нуля, цифроана- логовый преобразователь 8, первый 9 и второй 10 регистры, с первого по шестой элементы И 11-16, первый 17 и второй 18 элементы НЕс

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый аналоговый сигнал X(t) поступает на первый вход схемы сравнения. На второй вход этой схемы поступает компенсирующий аналоговый сигнал Xw(t) обратной связи с выхода цифроаналогового преобразователя 8о Если сигнал X(t) больше сигнала X k(t) (режим Недокомпенсация) то на первом выходе схемы 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент И 1 1 импульсы от генератора 2 через элемент И 1 I поступают на Влгод сложения реверсивного счетчика 5, Содержимое зтого счетчика увеличивается, что в свою очередь вызывает увеличение чомпеь- ноующего аналогового сигнала

) A3. ВЫХОДС ЦИФРОЙ НЕГОТОВОГО

преобразователя 8 Как только сигнал X (t) становится равным сигналу X(t) с точностью до Е0( Ј0 - порог нечувствительности) 9 схема, 1 сравнения закрывает элемент И i1.

Если обрабатываемый сигнал X(t) меньше компенсирующего сигнала XK(t) (режим Перекомпенсация)9 то на втором выходе схемы 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент И Т2Э и импульсы от генератора 2 поступают уже на вход вычитания реверсивного счетчика 5, Содержимое этого счетчика

5

0

5

а

5

0

5

0

5

уменьшается, что вызывает уменьшение компенсирующего сигнала XK(t). Как только сигнал Xx(t) становится равным сигналу X(t) с точностью до Јд, схема 1 сравнения закрывает элемент И 12. Тем самым осуществляется следящее преобразование обрабатываемого сигнала X(t) в цифровую форму, в процессе которого на выходах разрядов реверсивного счетчика 5 образуется параллельный код, пропорциональный текущему значению сигнала X(t), a на выходе элементов И 11 и 12 образуется реверсивный число-импульсный код, представляющий собой последовательность кодовых импульсов К и К, образуемых соответственно при каждом элементарном положительном и отрицательном приращениях сигнала.

Кодовые импульсы образуемые на вькоде элемента И 11, поступают на вход сложения реверсивного счетчика 3 и через элемент И 13 на вход вычитания реверсивного счетчика 4. Кодовые импульсы К , образуемые на выходе элемента И 12, поступают на вход сложения реверсивного счетчика и через элемент И 15 на вход вычитания реверсивного счетчика 3. С помощью дешифраторов 6 и 7 осуществляется блокировка счета на вычитание в счетчиках 3 и 4, как только в соответствующем счетчике образуется число нуль о Блокировка достигается тем, что при появлении в счетчике 3 числа нуль ча. выходе дешифратора 6, подключенного к нулевым выходам разрядов счетчика 3, образуется потенциал логической единицы, который через элемент НЕ 17 (инвертор) блокирует элемент И 15 Аналогичным об- азом с помощь дешифрртсг Ј. 7 и нта НЕ 18 осуществляется елок j о- а зхода вычитаяН1 четчика k ,

В начале цикла ооработки сигь,„ла Xlt) в момент времени Ь0(фиг,2) с помощью, например, кнопки начальной установки (не показана) на дополнительные управляющие входы регистров 9 и 10г а также на входы начальной установки счетчиков 3 и 4 подается управляющий сигнал, посредством которого в регистры 9 и Ю по шинам параллельной передачи данных из реверсивного счетчика-5 заносится код величины Х0, представляющий собой значение сигнала X(t) з момент времени tos счетчики 3 и 4 обнуляются.,

5

В результате на выходах дешифраторов 6 и 7 образуются потенциалы логической единицы, которые открывают элементы И 16 и 14 и через элменты НЕ 17 и 18 блокируют входы вычитания счетчиков 3 и 4. В интервале времени между моментами t и t1 (фиг.2) сигнал X(t) возрастает, а значит, образуются кодовые импулсы К+ на выходе элемента И 11. Эти импульсы поступают на вход сложени реверсивного счетчика 3 и вход элмента И 13, который в данной ситуации заблокирован сигналом от дешифратора 7 нуля о В результате в указанный промежуток времени счетчик 4 продолжает оставаться в нулевом состоянии, а счетчик 3 работает на сложение, причем содержимое этого счетчика пропорционально текущему положительному приращению сигнала X(t) относительно его значения Х0 в момент времени tQa

Одновременно каждый кодовый импульс с выхода элемента И 11 через элемент И 14, открытый сигналом логической единицы на выходе дешифратора 7 нуля, проходит на управляющий вход регистра 9. В регистр 9 по шинам параллельной передачи данных из реверсивного счетчика 5 последовательно заносятся коды дискретных значений сигнала X(t) на указанном интервале времени. Следовательно, в момент времени t в регистре 9 занесен код величины X , представляющий собой наибольшее значение сигнала от момента t0 начала цикла обработки.

В момент времени t1 (фиг.2) происходит изменение знака приращения сигнала, а значит, на выходе элемента И 12 начинают образовываться кодовые импульсы К. Эти импульсы поступают на вход сложения реверсивного счетчика 4 и на вход элемента И 15 о Поскольку в реверсивном счетчике 3 в данной ситуации содержится число, отличное от нуля, то на выходе дешифратора 6 образуется сигнал логического нуля, который блокирует элемент И 16 и через элемент НЕ 17 открывает элемент И 15. Поэтому в интервале между моментами времени t и t кодовые импульсы К свободно проходят на вход вычитания счетчика 3, уменьшая содержимое последнего. Однако к моменту време

10

15

20

5

0

5

0

5

0

5

не достигнет нуля, поскольку значение сигнала Х2 больше значения сигнала Х0 . Содержимое реверсивного счетчика 4 увеличивается и к моменту времени t г оказывается пропорциональным отрицательному приращению сигнала X(t) относительно значения Х1 - наибольшего локального значения обрабатываемого сигнала от момента t0 начала цикла его обработки.

В момент времени t (фиг.2) происходит очередное изменение знака приращения сигнала X(t) и снова образовываются уже кодовые импульсы К. Эти импульсы поступают на вход сложения реверсивного счетчика 3 и открытый дешифратором 7 вход вычитания реверсивного счетчика 4. Содержимое счетчика 3 постоянно увеличивается, а счетчика 4 - уменьшается до тех пор, пока в момент времени t3 (фиг.2), когда Хф Xf, содержимое счетчика 4 окажется равным нулю. В этот момент времени t3 дешифратор

7блокирует элемент И 13, предотвращая дальнейший счет на вычитание счетчиком 4, и открывает элемент И 14.

8результате, начиная с момента времени t, в регистр 9 снова записывается информация из реверсивного счетчика 5, а значит к моменту времени

tq в регистре 9 содержится код величины Х, представляющей собой новое наибольшее значение обрабатываемого сигнала от момента t0 начала цикла его обработки ().

Начиная с момента времени t4 (), сигнал X(t) уменьшается, а значит, образуются кодовые импульсы К , которые поступают на вход сложения счетчика 4 и вход вычитания счетчика Зэ При этом содержимое счетчика 4 в каждый момент времени пропорционально текущему приращению сигнала X(t) относительно наибольшего локального значения X в течение цикла обработки сигнала, а содержимое счетчика 3 пропорционально текущему положительному приращению сигнала X(t) относительно наименьшего локального значения Х0 в течение цикла обработки сигнала о

В моменты времени t и t fc () происходят очередные изменения знака приращения сигнала X(t), что вызывает изменения направления счета в счетчиках 3 и 4 . Однако поскольку

экстремальные сигналы и не являются ни наибольшими, ни наименьшими значениями сигнала, то ни в счетчике 3, ни в счетчике 4 числа нуль не образуется, а значит, не происходит срабатывание дешифраторов 6 и 7. Поэтому элементы И 14 и 16 остаются закрытыми и, следовательно, запись новой информации в регистры 9 и 10 не осуществляется.

В момент времени t , когда значение сигнала Х становится равным наименьшему значению Х0, принятому в момент времени t0, содержимое счетчика 3 становится равным нулю. При этом срабатывает дешифратор 6, закрывается элемент И 15 и открывается элемент И 16. В результате, начиная с момента времени t, счет на вычитание счетчика 3 прекращается и з нем сохраняется число нуль. Одновременно каждый кодовый импульс К осуществляет запись в регистр 10 информации из реверсивного счетчика 5. Таким образом, к моменту времени t „ в регистре 10 содержится код значения сигнала Xg, представляющий собой новое наименьшее значение сигнала от момента времени t0 начала цикла его обработки.

В интервале между моментами времени tg и tg (фиг„2) счетчик 3 работает на сложение, а счетчик 4 - на вычитание, причем содержимое счетчика 3 пропорционально локальному положительному приращению сигнала X(t) относительно наименьшего значения X, от момента t0 начала обработки, а содержимое счетчика 4 пропорционально отрицательному локальному приращению сигнала Х(О относительно наибольшего значения Х4 от момента t0 начала обработки. Ввиду того, что указанные приращения отличны от нуля то в течение рассматриваемого интервала времени дешифраторы 6 и 7 не срабатывают, а значит, запись новой информации в регистры 9 и 10 не осуществляется.

В момент времени t (фиг.2) происходит очередное изменение знака приращения сигнала и счетчик 3 начинает работать на вычитание, а счетчик 4 - на сложение. В момент времени tie , когда значение сигнала X в становится равным наименьшему значению сигнала Xg, в счетчике 3 образуется число нуль. При этом дешифратор 6 с помойною элемента НЕ 17

5

0

5

с

и элемента

0

5

0

0

И 15 блокирует вход вычитания счетчика 3, благодаря чему при дальнейшем отрицательном изменении сигнала X(t) число нуль в нем сохраняется, и одновременно открывает элемент И 160 В результате каждый последующий кодовый импульс К, проходя через открытый элемент И 16 на управляющий вход регистра 10, осуществляет запись в регистр 10 информации из реверсивного счетчика 5. Отсюда следует, что к моменту времени t , когда происходит очередное изменение аналогового сигнала X(t), в регистре 10 содержится код величины Х1( , представляющий собой новое наименьшее значение сигнала от момента t0 начала цикла его обработки.

Начиная с момента времени t1(Kor- да образуются кодовые импульсы К f, счетчик 3 работает на сложение, а счетчик 4 - на вычитание, причем содержимое счетчика 3 пропорционально положительному приращению сигнала X(t) относительно наименьшего значения X , а содержимое счетчика 4 пропорционально отрицательному приращению сигнала X(t) относительно наибольшего значения Х4

В момент времени tn (фиг.2),когда сигнал X(t) принимает значение Xf7 , равное наибольшему значению Х4, содержимое счетчика 4 становится равным нулЮо Это вызывает срабатывание дешифратора 7, который блокирует дальнейший счет на вычитание в счетчике 4 и одновременно открывает элемент И 14. В результате кодовые импульсы, поступая на управляющий вход регистра 9, осуществляют запись информации из реверсивного счетчика 5 в регистр 9 о Поэтому к моменту времени t13 окончания цикла обработки сигнала в регистре 9 содержится код величины X1S, которая представляет собой (фиг.2) наибольшее значение сигнала X(t) в течение цикла его обработки, а в регистре 10 содержится код величины Х, представляющий собой наименьшее значение сигнала X(t) в течение цикла обработки (интервала

времени между контактами tQn

t13).

55

Формула изобретения

Устройство для цифровой обработки аналогового сигнала, содержащее схе

915

му сравнения, генератор импульсов, первый - шестой элементы И, первый и второй элементы НЕ, первый - третий реверсивные счетчики, первый и второй дешифраторы и цифроаналоговьй преобразователь, вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход - с первым входом схемы сравне- (ния, второй вход которой является входом устройства, а первый и второй выходы подключены к первым входам одноименных элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, выход первого элемента И подключен к входам суммирования первого и второго реверсивных счетчиков, выход второго элемента И подключен к входу вычитания первого и входу суммирования второго реверсивных счетчиков, выход третьего элемента И соединен с входом вычитания второго реверсивного счетчика , выход которого подключен к входу первого дешифратора, выход которого сое- динен с входом первого элемента НЕ и первым входом пятого элемента И, выход третьего реверсивного счетчика подключен к входу второго дешифратора, выход которого соединен с входом

to tt tz tj tif 5 ts tj tg tg t,D tt1

0

3

5

7010

второго элемента НЕ и первым входом шестого элемента И, отлича ю- щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет определения наибольшего и наименьшего значений сигнала, в него введены первый и второй регистры, выход первого элемента НЕ подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И и вторым входом пятого элемента И, выход которого подключен к входу управления записью первого регистра, выход второго элемента НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к входу вычитания третьего реверсивного счет- 0 чика, а второй вход - к выходу первого элемента И и второму входу шестого элемента И, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра, информационный вход которого объединен с информационным входом первого регистра и подключен к выходу первого реверсивного счетчика , выходы первого и второго регистров являются одноименными информационными выходами устройства.

5

4Г

tn-t

11 LK