Многоканальное усредняющее устройство Советский патент 1980 года по МПК G06F17/18 

(54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСРЕДНЯЩЕЕ

f

Изобретение относится к вычислителькой технике и может быть использовано для сбора, накоплении и первичной обработки информации, полу- чаемой в виде аналоговых случайных сигналов.

Известно устройство для вычисления средних значений, содержащее аналого-цифровой преобразователь, схему Ю сравнения кодов, реверсивный счетчик ,триггер,генератор импульсов,счетчики, цифровой компаратор,элемент задержки, элементы И и ИЛИ, причем со входом аналого-цифрового преобразоу вателя через элемент задержки и первый счетчик связан выход генератора импульсов, который одновременно подключен ко входу третьего счетчика, выходы которого подключены к 20 одним входам, цифрового нуль-органа, к другим входам которого подключены выходы второго счетчика, со входом которого через элемент И связан выход первого счетчика, который также под- 25 соединен ко входу схемы сравнения кодов. К другим вводам сравнения кодов подключены с одной стороны выходы аналого-цифрового, преобразователя, а с другой стороны - выходы JQ УСТРОЙСТВО

реверсивного счетчика, со входами которого связаны выходил триггера, которые одновременно связаны через элемент ИЛИ со входом элемента И Я). ,

Недостатком известного устройства является невозможность выполнения одновременного усреднения п количества аналоговых сигналов и установки интервала времени усреднения в широком диапазоне.

Наиболее близко к предлагаемому по технической сущности усредняющее устройство, содержащее генератор импульсов, триггер и канал преобразования и регистрации случайного процесса, состоящий из двухвходового элемента И, делителя частоты и аналогового компаратора, вход которого подключен к выходу формирователя пилообразного напряжения 2.

Недостатке известного устройства является ограниченный диапазон времени усреднения.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей устройства за счет расширения диапазона времени усреднения.

Указанная цель достигается тем, что в многоканальное усредняющее устройство введены два триггера, эадатчик времени усреднения, блок сравнения, блок деления опорной частота, переключатель, линия задержки, нуль-орган, дополнительный элемент Н и п 1 каналов, причем в каждый канал введены счетчик, реТистр, цифровой- компаратор, трехвходовой элемент И, делитель частоты на два, при этом первый выход генератора импульсов подключен к первому входу формирователя пилообразного напряжения, второй.вход которого объединен с первым входом дополнительного элемента И и соединен с единичнЕлм выходом первого триггера, единичный вход которого является управляющим входом устройства, выход формирователя пилообразного напряжения подключен ко входу нуль-органа, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, единичный выход которого подключен к nepBbiivi входам трехвходовых элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих двухвходовых элементов И, вторы входы которых объединены и подключены ко второму выходу генератора -1г/1пульсов, выход двухвходового элемента И в каждом из каналов через делитель частоты на два соединен со счетным входом делителя частоты, выход которого подключен к первому входу соответствующего цифрового компаратора, вторые входы которых объединены с первым входом блока сравнения и соединены с выходом за датчика времени усреднения, выходы цифровых,компараторов подключены к первым входам установки в ноль делителей частоты и к счетным входам соответствующих счетчиков, выходы которых соединены с информационными соответствующих регистров, управляющи е входы которых объединены со входом линии задержки и подклчены к единичному выходу третьего триггера, нулевой выход которого соединен со вторыми входами трехвходовых элементов И и со вторым входом дополнительного элемента И, выход дополнительного элемента И подключён к первому входу элемента И, выход которого соединен со счетным входом блока деления опорной частоты, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен с единичным входом третьего триггера, третий вход каждого трехвходового элемента И подключен к выходу соответствущего аналогового компаратора, вторы входы которых являются соответствующими входами устройства, вторые входы установки в, ноль хчелителей частоты объединены со входами установки в ноль регистров, с первыми входами установки в ноль счетчиков, с первым входом установки в ноль блока деления опорной частоты, с первыми входами установки в ноль первого и третьего триггеров, со входом установки в ноль второго триггера и является входом установки в ноль устройства, вторые входы установки в ноль счетчиков объединены и подключены к выходу линии задержки, к первому и второму неподвижным контактам переключателя, первый подвижный контакт которого соединен со вторыми входами устаковки в ноль третьего триггера и блока деления опорной частоты, втор подвижный контакт переключателя подключен ко вторым входам установки в ноль формирователя пилообразного напряжения и первого триггера, выходы регистров являются соответствующими выходами устройства, а третий выход генератора импульсов соединен со вторым входом элемента И.

На фиг. 1 изображена функциональная схема многоканального усредняющего устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы работы устройства

Устройство содержит генератор 1 импульсов, двухвходовые элементы 2 - 2 И, элемент 3 И, дополни.тельный элемент 4 И, первый триггер 5, формирователь 6 пилообразного напряжения, нуль-орган 7, аналоговы компараторы 8 - 8г,, регистры 9 трехвходовые элементы 10 - Юг, И, второй триггер 11, третий триггер 12, делители i - 13„частоты на два, делители 14 - 14, частоты, цифровые компараторы 15 -15п , задатчик 16 времени усреднения, блок 17 сравнения, блок 18 деления опорной частоты, линию 19 задержки, -счетчики 20д - 20п, перектаочатель 2

Устройство работает следующим образом.

В исходное состояние, после включения источников питания, подают импульс, под действием которого все триггеры, счетчики, регистры и формирователь 6 пилообразного напряжения устанавливаются в нулеехэе состояние.

После этого с помощью задатчика 16 времени усреднения устанавливают требуемое значение времени усреднения . В результате с выхода задатчика 16 времени усреднения подается соответствующее число одновременно на одни входы всех цифровых компараторов 15 - 15п и блока 17 сравнения. Переключатель 21 устанавливается в положение {q -а), если требуется многократное усреднение или же в положение (cf - ) , если требуется однократное усреднение за время Ту(-р . Запуск

устройства производится путем подачи импульса на управляюггий вход устройства. Триггер 5 перебрасывается и на его единичном выходе появляется сигнал логической , в результате чего одновременно открывается элемент 4 И, так как на его оба входа подаются сигналы логической , и запускается формирователь 6 пилообразного напряжения. Через элемент 3 И импульсы опорной частоты выхода генератора 1 импульсов начинают заполнять счетчики блока 18 делителей опорной частоты. Начинается отсчет заданного интервала времени усреднения Туер .

В момент времени t пересечения пилообразным напряжением Up нулевого уровня на выходе нуль-органа 7 появляется импульс, под действием кЬторого второй триггер 11 перебрасывается в единичное состояние и на его единичном выходе появляется сигнал, соответствующий логической , которая подается на вторые входы трехвходовых элемейтов 10 - 10г,И, на выходах которых появляются сигналы логической так как в момент времени tv, на все три входа трехвходовых элементов 10 - lOVi И действуют сигналы логической (фиг. 2). В результате элементы 2 - 2 И открываются и импульол с выхода генератора 1 импульсов через делители 13 - 13р| частоты на два постпают в счетчики делителей 14 - 14 частоты. Начинается прямой ход процесса преобразования входных аналоговых сигналов (.-) U; - (-) U в частоту следования импульсов.

Процесс усреднения для i-ro канала протекает следующим образом (для других каналов процессы усреднения протекают аналогично).

В момент времени t при равенстве пилообразного напряжения (+) Unn положительной полярности со входным напряжением (-) отрицательной полярности, на выходе аналогового компаратора 8; уровень напряжения скачкообразно падает до уровня сигнала логическоко С. Канальный элемент Ю; И закрывается и на его выходе появляется сигнал логического- О, под действием которого закрывается элемент 2; И. В результате прекращается подача импульсов с выхода генератора 1 иЯпульсов в счетчики делителей 14, частоты.

На обратном ходе изменения пилообразного напряжения (+) в момент времени tjпри равенстве ( + ) ипн. () на выходе аналогового компаратора 8; скачкообразно увеличивается напряжение

( + ) и(о|)ДО уровня сигнала логической (фиг. 2,в). В результате элемент 10; И и, следовательно, элемент 2 , И открываются и импульсы с выхода генератора 1

импульсов снова начинают поступать в счетчики делителя 14; частоты, а .в момент времени t пересечения пилообразным напряжением нулевой оси прекращается подача

л импульсов в блок 14; , так как на вы}{оде нуль-органа 7 вновь появляется импульс и второй триггер 11 возвращается в нулевбе состояние, тем самым закрывая все канальные элементы И и в том числе к

трехвходовой элемент 10, И. Этим один цикл преобразования входного аналогового сигнала в частоту импульсов заканчивается. Одновременно и aнaлoгич o протекают операции

0 преобразования входного аналогово-. го сигнала для всех каналов за первый цикл. После этого цикл преобразования повторяется.

Как видно из фиг. 2, б, г прёд5 ло5кенное устройство за каждый цикл дважды преобразует входной аналоговый сигнал (-) в пачку (соответствующее количество) импульсов, которые с помош.ью канального дели0 теля 13| частоты на два делятся на два, тем самым за время одного преобразования предварительно усредняя входной сигнал (-) Uji. , т. е. решает уравнение

(1)

35

. WOBRJ

weospi .2.2

где ,-, количество Импульсов,

1 IP V t. полученное при пряходе преобразомомвания;

W,

ОЕР I - количество импульсов,

полученное при обратном ходе преобразова ния;

преобр. среднее количество импульсов, полученное за один иикл преобразсования.

В процессе заполнения импульсами npeoOp.i счетчиков.делителя I4i частоты на его выходе образуется число, которое совпадает с числом, установленным с помощью задатчика 16 времени усреднения. В этом случае на выходе канального цифрового компаратора 15-, появляется единичный импульс, который подается на счетный вход канального накапливающего счетчика 20, и записывается в нем, а также подается на установку нуля делителя 14, частоты и сбрасзлвает его в нулевое состояние. Аналогично происходят операции при каждом очередном совпадении числа накапливаемого в счетчики делителя 14

частоты с числом,установленным с петующью эадатчика 16 времени усреднения,

Аналогично выполняются также операции при определении требуемого, времени усреднения , установленного с помощью эадатчика 16 времени усреднения. При совпадении числа импульсов, накопленных в счетчики блока делителей опорной частоты, с числом,установленным с помощью эадатчика 16 времени усреднения, на выходе цифрового компаратора 15 образуется единичный импульс, означающий, что заданное время усреднения Тусристекло. Под действием данного импульса третий триггер 12 перебрасывается в единичное состояние, при котором на его единичном выходе появляется сигнал логической , который непосредственно подается на третьи входы канальных выходных регистров 9 9, и дается разрешение на перепись из канальных счетчиков 20 - 20г кодов, соответствующих средним значениям за время Туер входных аналоговых сигналов

(-) 0x1/ (-) UKI - у.п Далее, импульс на выходе третьего триггера 12, пройдя через линии задержки - 19, подается на канальные .счетчики 20 - 20j и сбрасывает их в нулевые состояния.

Кроме того, единичный . импульс на выходе третьего триггера 12, пройдя через линии задержки 19 и переключатель 21, подается на вход установки нуля первого триггера 5 и формирователя 6 пилообразного напряжения и возвращает их в нулевое состояние. В результате формирователь 6 пилообразного напряжения приходит в исходно состояние и прекращается выдача пилообразного напряжения. На выходе формирователя 6 пилообразного напряжения устанавливается небольшое постоянное напряжение отрицательной полярности (фиг.2,б, ;до момента времени t , Этим цикл усреднения заканчивается. Положение подвижных контактов cf - cf соответствует однократному действию устройства.

Для выполнения операции многоканального усреднения входных сигналов (-) , , (-) Ux г (-) Ux.n многократно необходимо подвижные контакты переключателя 21 переключить в положение а - а . Импульс окончания цикла усреднения за время Т vcp. с единичного выхода триггера 12 приходит через линии 19 задержки, неподвижный (а) и подвижный контакты перового ряда переключате-. ля 21, подается на входы установки в ноль третьего триггера 12 и блока 18 деления опорной частоты и сбрасывает их в нулевое сост.ояние.

В результате на нулевом выходе третьего триггера 12 вновь образуется

сигнал логической

и открываются дополнительный элемент 4 И, канальные элементы 10 - 10п И и, соответственно, элемент 3 И и к альные элементы 2 - 2 И, Процесс усреднения за время . начинается сначала, а на канальных выходах устройства за время нового т удерживаются численные коды, соответствующие средним значениям входных аналоговых сигналов {-)

(-) и

{-) за предыдущее

Xt время Туср

В общем случае число импульсов, накопленных в некотором i-ом ка нальном накапливающем счетчике 20; за заданное время усреднения уср. i определяется согласно выражению

чТ/ . VVl ,WKWm

)(2) где Wy, ,A/2, . . . W . . . Wpnколичества импульсов, полученных при отдельных преобразованиях;

Wj.- среднее значение количества импульсов, полученных за один период Ту(:р для i-ro канала на выходе регистра 9 i ;

целое число, определяющее

t Пр число преобразований, вмещающееся в один период Предлагаемое многоканальное усредняющее устройство производит одновременное усреднение по п независимым каналам усреднения в большом диапазоне в;ремени усреднения, что определяет его широкое применение в информационных и информационновычислительных комплексах в качестве периферийных технических средств для сбора и первичной обработки большого количества технологической информации.

Формула изобретения

Многоканальное усредняющее устройство, содержащее генератор импульсов, триггер и канал преобразования и регистрации случайного процесса, состоящий из двухвходового элмента И, делителячастоты и аналогового компаратора, вход которого подключен к выходу формирователя пилообразного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения диапазона времени усреднения, в устройство введены два триггера, задатчик

60 времени усреднения, блок сравнения, блок деления опорной частоты, переключатель, линия задержки, нульорган, дополнительный элемент И и п - 1 каналов, причем в каждый канал введены счетчик, регистр, цифровой компаратор, трехвходовый элемент И, делитель частоты на два, при-этом первый выход генераторов импульсов подключен к первому входу формирователя пилообразного напряжения, второй вход которого объединен с первым входом дополнительного элемента И и соединен с единичны выходом первого триггера, единичный вход которого является управляющим . входом устройства, выход формирователя пилообразного напряжения подключен ко входу нульоргана, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, единичный выход которого подключен к первым входам трехвходовых элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих двухвходовых элементов И, вторые входы которых объединены подключены ко второму выходу генераторов импульсов, выход двухвходового элемента И в кавддом из каналов через делитель частоты на два соединен со счетным входом делителя частоты, выход которого подключен к первому входу соответствующего цифрового компаратора, вторые входы которых объединены с первым входом блока сравнения и соединены с выходом задатчика времени усреднения, выходы цифровых компараторов подключены к первым входам установки в ноль делителей частоты и к счетным входам соответствующих счетчиков, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих регистров, управляющие входы которых объединены со входом линии задержки и подключены к единичному выходу третьего триггера, нулевой вход которого соединен со вторыми входами трехвходовых элементов И и со вторым входом дополнительного элемента И, выход дополнительного элемента И подключен к первому вход

элемента И, выход которого соединен со счетным входом блока деления опорной частоты, выход, которого подключен ко второму входу блока / сравнения, выход которого соеди- .

ken с единичным входом третьего триггера, третий вход каждого трех входового элемента И подключен к выходу соответствующего аналогового компаратора, вторые входы котол рых являются соответствующими входами устройства, вторые входы установки в ноль делителей частоты объединены со входами установки в ноль регистров, с первыми входами установки в ноль счетчиков/

с первым входом установки в ноль блока деления опорной частоты, с первыми входами установки в ноль первого и третьего.триггеров, со входом устанобки в ноль второго трй0 ггера и является входом установки в ноль устройства, вторые входыустановки в ноль счетчиков объединены и подключены к выходу линии задержки,, к первому и второму неподвижным

5 контактам переключателя, первый

подвижный контакт которого соединен со вторыми входами установки в ноль третьего триггера и блока деления опорной частоты, второй подвижный

0 контакт переключателя подключен ко вторым входам установки в ноль формирователя пилообразного напряжения и первого триггера, выходы регистров являются соответствукщими выходами

5 устройства, третий выход генератора импульсов соединен со вторым входом элемента И.

Источники информации, JQ принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 485455, кл. GО.б F 15/36, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР № 418865, кл. G 06 J3/OO, 1972

.- (прототип). 45

-)О

CL.