Устройство линейного кодирования Советский патент 1992 года по МПК G06F15/36 

. Ј

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники., предназначенным для анализа сигналов, и может использоваться в системах при решении задач диагностики и распознавания, гидро- и радиолокации, акустики и дефектоскопии, обработки рече- вых структур и построения адаптивных систем. ч

Известно устройство для текущей оценки уровня сигнала, содержащее аналого- цифровой преобразователь, регистр, блок управления, мультиплексор коммутатор и блок выбора центрального отсчета.

Недостатками известного устройства являются брльшие аппаратурные затраты, обеспечивающие выполнение сложного алгоритма, сильная зависимость аппаратур ных затрат при увеличении разрядности числового эквивалента входного сигнала, низкая производительность и ограниченность функциональных возможностей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является анализатор экстремумов, содержащий аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, блок сравнения, регистр, триггеры, счетчики, блоки задания кодов временных интервалов и формирования импульсных последовательностей, элементы И, элементы ИЛИ-НЕ. элементы И-НЕ и три блока ключей считывания. Совокупность указанных элементов позволяет фиксировать временной интервал анализа только в пределах фиксированных окон, текущее значение входного сигнала и временной интервал появления экстремума с привязкой к сигналу Пуск.

Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности выполнения непрерывного анализа, ограничение оперативности в измерениях и сужение динамического диапазона входного сигнала за счет формирования временных интервалов (окон) обзора, низкая надежность за счет кольцевой обратной связи при формировании сигнала для смены временного интервала, а также ограничение функциональных возможностей, связанное с алгоритмическими особенностями устройства.

Целью изобретения является расширение области применения за счет увеличения числа анализируемых параметров.

Для достижения поставленной цели в устройстве линейного кодирования, содержащем генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого является входной шиной, а выходы соединены соответственно с информационными входами первого регистра, второй регистр, счетчик, информационные выходы которого соединены соответственно с первыми информационными входами запоминающего устройства, первый и второй триггеры, элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ, первый цифровой компаратор, первые входы которого соединены соответственно с информационными

0 выходами первого регистра, запоминающее устройство выполнено на оперативном запоминающем устройстве, в устройство введены второй и третий цифровые компараторы, третий триггер, третий, четвертый.

5 пятый и шестой регистры, первое и второе арифметико-логические устройства, первый и второй мультиплексоры, управляющий вход первого из которых объединен со счетным входом счетчика и соединен с управля0 ющим выходом регистра, вход записи которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а информационные выходы - с информационными входами второго регистра, вход записи которого соединен

5 с выходом элемента И-НЕ, а информационный вход является первой информационной выходной шиной устройства и подключен к информационным входам третьего и четвертого регистров и вторым входам первого

0 цифрового компаратора, первый, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим входам первого мультиплексора, выходы которого соединены с соответствующими входами

5. элемента И-НЕ и соответственно с входами синхронизации, первым и вторым установочными входами первого триггера, прямой выход которого соединен с входом синхронизации второго триггера и входом управле0 ния четвертого регистра, управляющий выход которого соединен с входом записи пятого регистра и установочным входом третьего триггера, вход синхронизации которого соединен с инверсным выходом пер5 вого триггера, является шиной признака устройства и объединен с информационным входом первого триггера, управляющим входом второго мультиплексора и входом управления третьего регистра, управляю0- щий выход которого подключен к входу записи шестого регистра и установочному входу второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подклгаче н к

5 прямому выходу третьего триггера, а выход соединен с входом записи оперативного запоминающего устройства и входами записи третьего и четвертого регистров, информационный выход четвертого регистра подключен к информационному входу шестого

регистра, первому информационному входу второго арифметико-логического устройства и первому входу третьего цифрового компаратора, второй вход которого соединен с информационным выходом шестого регист- ра и объединен с вторым информационным входом второго арифметико-логического устройства, вход управления которого соеди- нен с выходом третьего цифрового компаратора и объединен с первым инфор- мационным входом второго мультиплексора, а выход подключен к второму информационному входу второго мультиплексора, третий информационный вход которого объединен с входом управления первого арифметико-логического устройства и соединен с выходом второго цифрового компаратора, первый вход которого объединен с первым информационным входом первого арифметико-логического устройст- ва и соединен с информационным выходом пятого регистра, информационный вход которого соединен с информационным выходом третьего регистра и объединен с вторым входом второго цифрового компара- тора и вторым информационным входом первого арифметико-логического устройства, информационный выход которого подключен к четвертому информационному входу второго мультиплексора, выходы которого соединены соответственно с вторыми информационными входами оперативного запоминающего устройства, информационные выходы которого являются второй информационной выходной шиной устройства, выход управления соединен с входом установки в ноль счетчика.

Изобретение обеспечивает уменьшение аппаратурных затрат с одновременным повышением надежности, формирование набора информационных и управляющих сигналов для обработки различных типов сигналов, что приводит к расширению функциональных возможностей и области применения.

На фиг.1,2 изображены структурная схема предлагаемого устройства и временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, аналого-цифровой преобра- зователь (АЦП) 2, имеющий вход 3 устройства, первый 4 и второй 5 регистры, счетчик б, запоминающее устройство 7, первый и второй 9 триггеры, элемент И-НЕ 10, элемент ИЛИ-НЕ 11, первый 12, второй 13 и третий 14 цифровые компараторы, третий триггер 15, третий 16, четвертый 17, пятый 18 и шестой 19 регистры, первое20 и второе 21 арифметико-логические устройства (АЛУ), первый 22 и второй 23 мультиплексоры, первую информационную шину 24 устройства, шину признака 25 устройства, вторую информационную выходную шину 26 устройства.

Первый регистр 4 выполняет функцию хранения текущего значения сигнала NI f (U), поступающего с выхода АЦП 2; запись информации осуществляется по фронту т (1.0) импульса, поступающего с выхода генератора 1 тактовых импульсов; регистр может быть выполнен с использованием интегральных схем (НС) типа 588 ИР1.

Второй регистрб предназначен для хранения значений Ни f(U) входного сигнала и может быть выполнен на НС тип 588 ИР1.

Счетчик 6 предназначен для отображения временного интервала между соседними экстремумами и может быть выполнен на ИС типа 533 ИЕ10, 1564 ИЕ10 и др.

Третий 16, пятый 18 и четвертый 17, шестой 19 регистры предназначены для хранения двух соседних одноименных экстремумов соответственно максимального и минимального значений входного сигнала, расположенных последовательно во временной области, и могут быть выполнены на ИС типа 588 ИР1.

Первый цифровой компаратор 12, пер- йый мультиплексор 22 и первый триггер 8 выполняют соответственно функции срав- нения двух чисел, формирования трех сигналов (больше, равно и меньше), обеспечивающих регистрацию дискретных значений dU/dt и фиксацию момента времени появления экстремума и знака первой производной входного сигнала, и могут быть выполнены на ИС типа 533 СП1 (1564 СП1), 533 КП14, 533 ТМ2 и др.

Цифровой компаратор 13 (14) и АЛУ 20 (21)обеспечивают определение вида выполняемой операции и вычисление разности между соседними экстремумами максимальных (минимальных) значений входного сигнала и могут быть выполнены на ИС типа 533 СП1 и 533 ИПЗ.

Оперативное запоминающее устройство 7 (ОЗУ) предназначено для запоминания и накопления разностных значений соседних экстремумов, числовых эквивалентов временных интервалов между максимальным (минимальным) и минимальным (максимальным) экстремумами, а также знаковой информации результата операции АЛУ и может быть выполнено на ИС типа 588 ИР1, 1002ИР1идр.

Принцип работы устройства линейного кодирования состоит в следующем.

В начальный момент времени используемые в схеме элементы с памятью (счетчик, регистры, триггеры) могут находиться в промзвольном состоянии. Пусть указанные элементы находятся в нулевом состоянии. При появлении на выходе генератора 1 тактовых импульсов переднего фронта т(0.1) импульса производится запуск АЦП 2 и выдача кодированной информации. По заднему фронту г (1.0) этого же импульса производится запись результата преобразования АЦП 2 в первый регистр 4. После завершения внутренних преобразований в первом регистре 4 на его информационном выходе появится числовое отображение NI входного сигнала, которое поступает на информационный вход второго регистра 5 и первый информационный вход первого цифрового компаратора 12. Одновременно с этим на управляющем выходе первого регистра 4 сформируется отрицательный импульс, свидетельствующий об окончании режима записи и готовности данных на выходе регистра. Под действием этого импульса производится изменение состояния счетчика б на единицу и одновременно с этим стробирование первого мультиплексора 22, входной информацией которого являются выходные сигналы (больше, равно, меньше) первого цифрового компаратора 12. Пусть числовой эквивалент первой выборки АЦП 2 больше нуля.

Тогда на выходе больше первого цифрового компаратора 12 появится сигнал с уровнем логической 1й, который будет про- стробирован выходным импульсом первого регистра 4. Выходной сигнал первого мультиплексора 22, воздействуя на установочный вход R первого триггера 8, подтверждает нулевое состояние триггера, т.е. выходное состояние последнего не изменяется.

Наряду с этим выходные сигналы первого мультиплексора 22 воздействуют на эле мент И-НЕ 10, на выходе которого формируется импульс положительной полярности. По заднему фронту г (1.0) производится запись вЪ второй регистр 5 числа NI, поступающего с выхода первого регистра 4 После выполнения операции записи во второй регистр 5 на информационных входах первого цифрового компаратора 12 установятся равные числа, на его выходе равно появится сигнал с уровнем логической 1, который не окажет воздействия на первый триггер 8, так как отсутствует сигнал строба первого мультиплексора 22, При появлении следующего импульса генератора 1 тактовых импульсов АЦП 2 выдает новую информацию, которая записывается в первый регистр 4 под воздействием фронта г(1 0) импульсной последовательности Если числовой эквивалент новой информации больше предыдущего (N1+ NI), то на выходе больше первого цифрового компаратора 12 вновь появится сигнал с уровнем логической 1, который под воздействием импульса готовности данных первого регистра 4 поступит на установочный вход R первого триггера 8 и подтвердит его нулевое состояние, а состояние счетчика 6 увеличится на

0 единицу. Выходной сигнал первого мультиплексора 22, пройдя через элемент И-НЕ 10, произведет запись во второй регистр 5 выходной информации (Ni + 1) первого регистра 4. В таком режиме устройство работает

5 до тех пор, пока в первом регистре 4 записываются числа, превышающие значения на предыдущем шаге, т.е. входная аналоговая величина имеет тенденцию к увеличению. При достижении максимального значения

0 возможны два случая (фиг.2).

Пусть в первом случае максимальное значение сигнала описывается многократным повторением одного и того же числового эквивалента на выходе АЦП 2, которое

5 переписывается в первый 4 регистр. В этом случае уже при портерной итерации выходные числа первого 4 и второго 5 регистров одинаковы и, следовательно, на информационных входах первого цифрового компа0 ратора 12 присутствуют равные числа, что влечет за собой формирование сигнала с уровнем логической 1 на выходе равно первого цифрового компаратора 12, выходной сигнал которого воздействует на вход

5. синхронизации первого триггера 8. При этом следует отметить, что его инверсный выход соединен с информационным входом, образуя функциональное включение D- триггера в режиме Т-триггера Деление на

0 два), В течение интервала времени более 2 Т0 (То - период импульсной последовательности генератора импульсной последовательности) на выходе первого триггера 8 присутствует сигнал типа меандр. Как

5 только в первый 4 регистр будет записано число меньше максимального, на выходе меньше первого цифрового компаратора 12 сформируется сигнал с уровнем логической 1, который, при воздействии на вход

0 строба первого мультиплексора 22 импульса готовности данных первого регистра 4, произведет установку по установочному входу S первого триггера 8 в единичное состояние. При дальнейшем уменьшении

5 уровня входного сигнала единичное состояние первого триггера 8 будет подтверждаться выходными сигналами меньше первого цифрового компаратора 12.

Второй случай описывается следующей последовательностью Пусть выходное число первого регистра 4 больше числа хранимого во втором регистре 5 и характеризует текущий экстремум входного сигнала - нулевое состояние первого триггера 8 подтвердится выходным сигналом первого цифрового компаратора 12. Следующее значение числового эквивалента АЦП 2 уменьшается по отношению к величине экстремума, и, следовательно, на первом информационном входе первого цифрового компаратора 12 появится число, меньшее выходного числа (значение экстремума) второго регистра 5, которое подается на второй информационный вход первого цифрового компаратора 12, В результате сравнения входных чисел на выходе меньше компаратора 12 появится сигнал с уровнем логической 1, который, пройдя через первый мультиплексор 22, поступит на установочный вход S первого триггера 8 и установит его в единичное состояние. Дальнейшее уменьшение величины входного сигнала будет подтверждаться формированием сигнала меньше первого цифрового компаратора 12 и единичным состоянием первого триггера 8.

Рассмотренный алгоритм анализа текущего экстремума максимального значения входного сигнала на первой ступени обработки в равной степени относится и к анализу экстремумов минимального значения входного сигнала.

Взаимодействие элементов устройства рассмотрено в режимах стационарного увеличения (уменьшения) величины входного сигнала, Более детально следует остановиться на моментах изменения знака dll/dt входного сигнала с точки зрения работы остальных элементов устройства (вторая ступень обработки).

Устанавливают, что увеличение величины входного сигнала определяется положительными приращениями, а уменьшение - отрицательными приращениями. При положительных приращениях входного сигнала первый триггер 8 находится в нулевом состоянии и, следовательно, при переходе экстремума максимального значения третий регистр 16 будет готов к приему числа, тождественного экстремуму входного сигнала (готовность приема информации определяется сигналом с уровнем логического О, поступающего с парафазного выхода первого триггера 8 на управляющий вход выбор кристалла регистра), запись в который производится по фронту г(1.0). сформированному вторым триггером 9 и элементом ИЛИ-НЕ 11. (Здесь следует пояснить, что с появлением на входе синхронизации триггера 9 (15) фронта г (0.1) последний устанавливается в единичное состояние). После выполнения операции записи на управляющем выходе третьего регистра 16 5 сформируется отрицательный импульс, который произведет установку в исходное (нулевое) состояние второго триггера 9 и перезапись предшествующего экстремума минимального значения из четвертого 17 в

0 шестой 19 регистр.

Выходные числа третьего 16 и пятого 18 регистров поступают одновременно на информационные входы первого АЛУ 20 и второго компаратора 13, выходные сигналы

5 которого определяют тип выполняемой операции в АЛУ и характеризуют направление изменения огибающей входного сигнала (знак dUo/dt, где U0 - напряжение огибающей входного сигнала). На информацион0 ном выходе первого. АЛУ 2 присутствует числовой эквивалент разности между соседними экстремумами максимальных значений входного сигнала, который поступает на пятый информационный вход второго муль5 типлексора 23. Управление вторым мультиплексором 23 осуществляется сигналом с инверсного выхода первого триггера 8. В данном случае на управляющем входе второго мультиплексора 23 присутствует сиг0 нал с уровнем логического О, который коммутирует пятый и четвертый информационные входы с выходом, и, следовательно, результат и признак выполнения операции в первом АЛУ 20 присутствуют на,

5 информационном входе ОЗУ 7. Запись информации в ОЗУ 7 осуществляется по фрон- . ту г (1.0) выходного сигнала элемента ИЛИ-НЕ 11. Составной частью входной информации ОЗУ 7 является также информа0 ция, снимаемая со счетчика 6, числовой эквивалент которой пропорционален временному интервалу между экстремумами максимального(минимального) и минимального (максимального) значений.

5 Установка в нулевое состояние счетчика 6 производится выходным импульсом ОЗУ 7 после окончания режима записи информации. Таким образом, на выход 26 устройства поступают числа, содержащие информацию

0 о знаке и разности между однополярными экстремумами и временном интервале между разнополярными экстремумами.

При переходе экстремума минимального значения п ервый триггер 8 устанавлива5 ется в нулевое состояние и с помощью третьего триггера 15 и элемента ИЛИ-НЕ -11 формируется импульс записи информации, включающей результат и признак выполнения операции во втором АЛУ 21,,скоммутированной по второму и третьему информационным входам вторым мультиплексором 23, и выходное состояние счетчика б, в ОЗУ

7и информации о текущей величине экстремума минимального значения, поступающей с выхода второго 5 регистра, в четвертый регистр 17. Выходной управляющий сигнал четвертого регистра 17, фиксирующий готовность данных на выходе регистра, производит установку в исходное (нулевое) состояние третьего триггера 15 и запись предшествующего экстремума максимального значения из третьего 16 в пятый

18регистр. Остальные взаимодействия между четвертым 17, шестым 19 регистрами, третьим цифровым компаратором 14, вторым АЛУ 21 такие же, как и описанные выше при рассмотрении интервала времени, в котором происходит измерение характеристики входного сигнала при переходе через экстремум максимального значения.

Если входной сигнал имеет плоскую вершину экстремума (тождественно постоянный сигнал) с пульсациями, не превышающими по величине ± 0,5 -младшего значащего разряда АЦП 2 и длительностью более 2 Т0, то на выходе АЦП 2 будет при- . сутствовать одно значение числового эквивалента. При этом в первом 4, втором 5, третьем 16, четвертом 17, пятом 18 и шестом

19регистрах присутствуют одинаковые числа, на парафазном выходе первого триггера

8формируется сигнал типа меандр, по фронтам которого с помощью второго 9, третьего 15 триггеров и элемента ИЛИ-НЕ 11 формируются импульсы записи с периодом Т0. На выходе 26 будет появляться информация, содержащая числовой эквивалент временного интервала, равный одному периоду То, и число ноль - результат выполнения операций в первом 20 и втором 21 АЛУ.

Таким образом, предлагаемое устройство линейного кодирования обладает по сравнению с известным техническим решением большими функциональными возможностями за счет введения алгоритма параллельной обработки, результатом выполнения которого является получение набора функциональных параметров, адекватно отображающих в масштабе реального времени входной сигнал, как на уровне оценки мгновенных значений (первая ступень), так и на уровне модуляционных процессов различной формы и структуры (вторая ступень), что позволяет использовать предлагаемое устройство в качестве функционального узла при исследовании, анализе и идентификации широкого класса сигналов

Формула изобретения Устройство линейного кодирования, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом запуска

аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого является входной шиной, а выходы соединены соответственно с информационными входами первого регистра, второй регистр, счетчик,

0 информационные выходы которого соединены соответственно с первыми информационными входами запоминающего устройства, первый и второй триггеры, элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ, первый цифровой

5 компаратор, первые входы которого соединены соответственно с информационными выходами первого регистра, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения чис

0 ла анализируемых параметров, в нем запоминающее устройство выполнено на оперативном запоминающем устройстве и введены второй и третий цифровые компараторы, третий триггер, третий, четвертый,

5 пятый и шестой регистры, первое и второе арифметико-логические устройства, первый и второй мультиплексоры, управляющий вход первого из которых объединен со счетным входом счетчика и соединен с управля0 ющим выходом регистра, вход записи которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а информационные выходы - с информационными входами второго регистра, вход записи которого соединен

5. с выходом элемента И-НЕ, а информационный выход является первой информационной выходной шиной устройства и подключен к информационным входам третьего и четвертого регистров и вторым

0 входам первого цифрового компаратора, первый, второй и третий выходы которого подключены к соответствующим входам первого мультиплексора, выходы которого соединены с соответствующими входами

5 элемента И-НЕ и соответственно с входами синхронизации, первым и вторым установочными входами первого триггера, прямой выход которого соединен с входом синхронизации второго триггера и входом управле0 ния четвертого регистра, управляющий выход которого соединен с входом записи пятого регистра и установочным входом третьего триггера, вход синхронизации которого соединен с инверсным выходом пер5 вого триггера, является шиной признака устройства и объединен с информационным входом первого триггера, управляющим входом второго мультиплексора и входом управления третьего регистра, управляющий выход которого подключен к входу записи шестого регистра и установочному входу второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ- НЕ, второй вход которого подключен к прямому выходу третьего триггера, а выход соединен с входом записи оперативного запоминающего устройства и входами записи третьего и четвертого регистров, информационный выход четвертого регистра подключен к информационному входу/шестого регистра, первому информа- ционйому входу второго арифметико-логического устройства и первому входу третьего цифрового компаратора, второй вход которого соединен с информационным выходом шестого регистра и объединен с вторым информационным входом второго арифметико-логического устройства, вход управления которого соединен с выходом третьего цифрового компаратора и объединен с первым информационным входом второго мультиплексора, а выход подключен к второму информационному входу второго мультиплексора, тоетий информационный

0

5

0

вход которого объединен с входом управления первого арифметико-логического устройства и соединен с выходом второго цифрового компаратора, первый вход которого объединен с первым информационным входом первого арифметико-логического устройства и соединен с информационным выходом пятого регистра, информационный вход которого соединен с информационным выходом третьего регистра и объединен с вторым входом второго цифрового компаратора и вторым информационным входом первого арифметико-логического устройства, информационный выход которого подключен к четвертому информационному входу второго мультиплексора, выходы которого соединены соответственно с вторыми информационными входами оперативного запоминающего устройства, информационные выходы которого являются второй информационной выходной шиной устройства, а выход управления соединен с входом установки в ноль счетчика.

и

I

Составитель А.Ордынскийг/

Редактор Г.БельскаяТехред М.МоргенталКорректор П.Гереши

Заказ 4518ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ 4/5

1Г

U U LT

U

J

TJ

TJ