Устройство для интегрированияпиКООбРАзНыХ фуНКций Советский патент 1981 года по МПК G06G7/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ПИКООБРАЗНЫХ ФУНКЦИЙ ключей к блокирующему входу следящего аналого-цифрового преобразователя и соединен через элемент задержки со вторым входом первого элемента И ИЗ Недостатком данного устройства является пониженная помехоустойчивость работы при повЕлиенных требованиях к. точности интегрирования. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для интегрирования пикообразных функций-, содержащее счетчик, подключенный счет ным входом к выходу первого элемент И, соединенного первым входом с выходом преобразователя код-частота, подключенного входом к вьоходу регис ра памяти, информационный вход кото рого соединен с цифровым выходом ел дящего; аналого-цифрового преобразо вателя, соединенного выходами сложе ния и вычитания с входами блока определения экстремумов и подключенно го аналоговым входом к входу устрой ства через первый масштабирующий ре зистор, а также через цепь, состоящую из последовательно соединенных второго масштабного резистора и управляемого ключа, причем первый выход блока определения экстремумов соединен с управляющим входом регистра памяти, дополнительно введены второй, третий и четвертый элементы И и три триггера, причем первый выход блока определения экстремумов, подключенного вторым выходом к первому входу второго элемента И, соединен с первым входом первого триггера, подключенного выходом к второму входу первого элемента И, к второму входу второго элемента И,вы ход которого соединен с вторым входом первого триггера, первым входом второго триггера и входами обнулени счетчика и регистра памяти, подключенного выходом к цифровому входу следящего аналого-цифрового преобразователя, соединенного выходами сложения и вычитания соответственно с третьим входом второго элемента И и первым входом третьего элемента И, подключенного выходом к первому входу третьего триггера и второму Bxofiy второго триггера, выход котороцр соединен с третьим входом первого элемента И и с первым входом четвертого элемента И, подключенного вторым входом к третьему выходу блока определения экстремумов и сое диненного выходом со вторым входом третьего триггера, а выход третьего триггера подключен к блокирующему входу следящего аналого-цифрового преобразователя, управляющему входу управляемого ключа и второму входу третьего элемента И. Кроме этого блок определения экстремумов содержит элементы И, формирователь импульсов и реверсивный счетчик, причем входы первого и второго элементов И, подключенных первьтми входами к входам блока определения экстремумов, соединены с входами реверсивного счетчика,нулевые выходы разрядов которого соединены со входами третьего элемента И, подключенного инверсным выходом к второму входу первого элемента И и соединенного прямым выходом со вторым выходом блока определения экстремумов и с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому выходу блока определения экстремумов, а второй вход четвертрго элемента И соединен с выходом второго элемента И, подключенного вторым входом к инверсному выходу пятого элемента И, соединенного входами с выходами соответствующих разрядов реверсивного счетчика и подключенного прямым выходом через формирователь импульсов к третьему выходу блока определения экстремумов. На фиг.1 изображена блок-схема устройства для интегрирования пикообразных функций; на фиг.2 - блоксхема блока определения экстремумов. Устройство для интегрирования пикообразных функций содержит следящий аналого-цифровой преобразователь, 1, блок 2 определения экстремумов, регистр памяти 3, преобразователь код-частота 4, счетчик 5, первый, второй и третий триггеры 6-8, первый, второй, третий и четвертый элемент И 9-12, первьой и второй масштабирующие резисторы 13 и 14 управляемый ключ 15. Блок 2 определения экстремумов содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый элеме-нты И, 16-20, реверсивный счетчик 21 и формирователь импульсов 22. Аналоговый вход следящего аналого-цифрового преобразователя.1 соединен с входом устройства через резистор 13 и через цепь, состоящую из последовательно соединенных управляемого ключа 15 и резистора 14. Выходы сложения и вычитания преобразователя .1 подключены к входам блока 2 определения экстремумов.Блок 2 соединен первым выходом 23 с первым входом триггера 6 и управляющим входом регистра 3, вторым выходом 24 - с первым входом элемента И 10, а третьим выходом 25 - со вторым входом элемента И 12, подключенного первым входом к выходу триггера 7 и третьему лходу элемента И 9. Чины сложения и вычитания преобразователя 1, подключенного цифровым выходом к информационному входу регистpa 3, соединен также соответственно с третьим входом элемента И 10 и первым входом .элемента И 11. Выход триггера б подключен к второму входу элемента И 10, соединенного выходом с вторым входом триггера б, первым входом триггера 7 и входами обнуления регистра 3 и счетчика 5; Выход регистра 3 подключен к цифровому входу преобразователя 1 и входу преобразователя код-частота 4 соединенного выходом с первым входом элемента И 9, подключенного вторым входом к выходу триггера б и соединенного выходом со счетным входом счетчика 5. Второй вход триггера 7 подключен к выходу элемента И 11 и первому входу триггера 8, Выход триггера 8, соединенного вторым входом с выходом элемента И 12, подключен к блокирующему входу преобразователя 1, управляющему вхо ду ключа 15 и второму входу элемента И 11. В блоке определения экстремумов выходы элементов И 16 и 17 подключены к входам реверсивного счетчика 21 (соответственно к его вычитающем и суммирующему входам). Второй вход элемента И 16 соединен с инверсным выходом элемента И 18, подключенног входами к нулевым выходам разрядов счетчика 21. Входы элемента И 20 со единен с выходами тех разрядов счет чика 21,которые соответствуют числу получающемуся при двоичном представ лении соотношения , д где Nn ближайшее целое число, пол ченное округлением в большую сторону; cJroaif- максимальный уровень помех действующий на входной сиг нал устройства интегрирования;U - шаг квантования по уровню следящего преобразователя Инверсный выход элемента И 20 подключен к второму входу элемента И 17 , соединенного выходом со вторым входом элемента И 19. Выход эле мента И 19, подключенного первь м входом к прямому выходу элемента И 18, соединен спервым выходом 23 блока 2. Прямой выход элемента И 18 подключен к второму выходу 24 блока 2, третий выход 25 которого является выходом формирователя 22 соединенногЬ входом с прямым выходом элемента И 20. Первые входы элемент И 16 и 17 подключены к входам блока 2. Формирователь импульсов 22 вы рабатывает выходной импульс только момент перехода потенциала на прямо выходе элемента И 20 из низкого уро ня в высокий уровень. Рассмотрим прин1 ип действия блока определения экстремумов 2, В начальный момент, когда счетчик 21 Обнулен, на втором выходе 24 блока 2 - высокий потенциал, элемент И 16 - закрыт сигналом с инверсного выхода в элементы И 18, а элемент И 17 - открыт сигналом с ии)версного выхода элемента И 20. Поэтому при увеличении входного сигнала, импульсы, поступающие по шине сложения преобразователя на вход блока 2 на первый вход элемента И 16 не проходят через этот элемент И 16. При достижении функцией экстремума, импульсы, появляющиеся на шине вычитания преобразователя 1 поступают через другой вход блока 2 (первый вход открытого элемента И 17) на суммирующий вход счетчика 21.Первый же из этих импульсов через элемент И 19 пройдет на первый выход 23 блока 2,что является признаком экстремума. Этот же импульс, изменив состояние счетчика 21 и, соответственно, состояние элемента И 18, снимает высокий потенциал со второго выхода 24 блока 2 и откроет элемент И 16. Если зафиксированный экстремум является следствием помехи, то сигнаш на входе устройства уменьшается на некоторую величину относительно значения экстремума, причем это отклонение .меньше допустимого уровня помехи (Гтох- Йа суммирующий вход счетчика 21 соответственно поступит сигнал менее чем Nn импульсов, поэтому элемент И 20 не изменяет своего состояния. После воздействия помехи входной сигнал снова возрастает и импульсы с шины сложения преобразования 1 поступают на вычитающий вход счетчика 21. При достижении входным сигналом уровня, соответствующего моменту времени, предшествующему действию помехи, число импульсов поступивших на счетчик 21 через элемент И 17, сравняется с числом импульсов, которые вычитались из содержимого счетчика 21 проходя через элемент И 16, т.е. содержимое счетчика 21 станет равным нулю. Поэтому на выходе 24 блока 2 снова появляется высокий потенциал, а элемент И 16, закрывается. Таким образом блок 2 реагирует на воздействие помехи на левой- стороне пика. При достижении входной функцией истинного максимума происходят все те переключения, которые рассмотрены выше, однако уменьшение входного сигнала после экстремума произойдет на величину, большую допустимого уровня помех. Следствием этого будет накопление в счетчике 21числа импyльcoв равного NH . В этот момент времени срабатывает элемент И 20. Формирователь 22, подключенный к прямому выходу элемента И 20 сформирует на третьем выходе 25 блока 2

выходной импульс, а сигнал с инверсного выхода элемен.ты И 20 закрывает элемент И 17 дЛя прохождения импульсов с шины вычитания преобразователя 1. Если на правой стороне истинного пика входной, сигнал начнет увеличиСвахься из-за действия помехи, то импульсы, идущие по шине сложения преобразователя 1 на вычитающий вход счетчика 21, не сделают содержимое счетчика 21 равным нулю, так как в счетчике до этого был накоплен код максимального уровня помехи. Первый из импульсов, проходящих по шине сложения преобразователя. .1 через элемент И 17 на вычитающий вход счетчика 21 изменяет состояние этого счетчика и снимает запрет с элемента И 17, но формирователь 22 выходного сигнала не вырабатывает. При последующих изменениях входного сигнала процессы переключения блока 2 происходят аналогично вышеописанному.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии преобразователь 1 работает в следящем режиме. Счетчик 21 блока 2, регистр 3 и с.четчик 5 обнулены. Триггеры 6-8 также находятся в нулевом состоянии. (Цепи установки в нуль на чертеже не показаны) 4 На втором выходе 24 блока 2 высокий потенциал. На аналоговый вход преобразователя 1 поступает исследуемый входной сигнал. На цифровом выходе преобразователя 1 формируется текущее значение кода этого сигнала. При увеличении входного сигнала, импульсы, идущие по шине сложения преобразователя 1, не вырабатывают в блоке 2 никаких сигналов и не проходят через элемент И 10,так как он закрыт низким потенциалом с единичного выхода триггера 6. При достижении входным сигналом экстремума, первый же импульс, появившийся на шине вычитания преобразователя 1 вырабатывает на выходе 24 блока 2 низкий потенциал, а на выходе 23 блока 2 - импульс достижения экстремума. Этот импульс переписывает, содержимое счетчика, входящего в состав преобразователя 1, в регистр 3, перебрасывает 6 в единичное положение. Импульс экстремума через элемент. И 11 не проходит, так как с eди чнoгo выхода триггера 8 подается низкий потенциал. Импульсы с частотой, пропорциональной двоичному коду в регистре 3, через элемент И 9,- который открыт для импульсов преобразователя 4 код-частота с момента переброса триггер 6, накапливаются в счетчике 5.

Если обнаруженный экстремум является следствием действия помехи,то входной сигнал убывает на некоторую величину, меньшую чем допустимый

уровень помехи ( затем возрастает. В этом промежутке времени импульсы по шине вычитания и сложения преобразователя 1 на выходах блока 2 никаких сигналов не вырабатывают. В момент равенства входного сигнала со. значением обнаруженного и зафиксированного экстремума, на выходе 24 блока 2 вырабатывается высокий уровень потенциала. Поэтому следующий после этого момента импульс по шине сложения преобразователя 1 через элемент И 10 устанавливает в нуль регистр 3, счетчик 5 и триггер 6, который заблокирует элемент И 10. Триггер 7 не изменяет своего состояния, так как он и до этого находился в нулевом положении. Для надежной очистки счетчика 5 в его вход установления нуля можно включить элемент задержки, с задержкой равной времени переброса триггера 6 (не показан).

При достижении входным сигналом DX истинного пикового значения в устройстве произойдут все те переключения, которые произошли в момен фиксации экстремума помехи. Далее импульсы по шине вычитания преобразователя 1 накапливаются в реверсивном счетчике 21 блока 2 по мере убывания входного сигнала. При переходе входным сигналом возможного уровня помех, на выходе 25 блока 2 вырабатывается импульс. Этот импульс перебрасывает триггер 8 в. единичное положение (фиг,2), В результате замыкается управляемый ключ 15, изменяя масштаб входного сигнала, блокируется шина сложения счетчика преобразователя 1 и перезаписывается зафиксированное значение экстремума с регистра 3 в счетчик преобразователя 1 по его цифровму входу. Первый вход блока 2 подключен к шине сложения преобразователя 1 после блокирукицего входа,поэтому на первый вход блока 2 импульсы не поступают. Причиной перезаписи зафиксированного экстремума с регистра 3 в счетчик преобразователя 1 является то, что при анализе обнаруженного экстремума содержимое счетчика преобразователя 1 уменьшается на величину N п .

Площадь пика определяется согласно

S fU;j;A. ,Г-, ,t)dt KAT, где K Const- постоянный коэффициент зависящий от вида функции Ux;

экстремум (максимум)

А пика;Г ширина пика, на некотором заранее определенном уровне пА пика ; n const -1 - постоянный коэффициент Масштаб входного сигнала и, изменяется таким образом, что заранее определенная ордината пА , с которой сравнивается перемасштабирюванная функция DX -j, окажется на уровне прежнего зафиксированного максимума Содержимое счетчика 5, накапливающего импульсы.с преобразователя 4 от момента экстремума до момента сравнения с заранее определенной ординатой, окажется равным площади, ограниченной входной функцией УХИ осью абцисс, при кванте частоте равной постоянному коэффициенту К, например если заранее известно,что пики описываются функциями Гаусса, то при зтом ,456, .

Первый импульс по шине вычитания преобразователя 1, появляющийся при сравнении DX с зафиксированным значением экстремума, проходя через элемент 11, поступает на второй вход триггера 7, вследствие чего триггер 7 перемещается и подает запрет на. элемент И 9. Поступление импульсов с преобразователя 4 код-частота в счетчик 5 прекращается и в счетчике зафиксируется площадь пика. Одновременно импульс с выхода элемента И 11 перебрасывает в нулевое состояни триггер 8, который размыкает управляемый ключ 15 и снимает блокировку с шины сложения А преобразователя -1 т.е. переводит §го в режим блежения Импульс с выхода элемента И 11 так подается на устройства дальнейшей обработки информации (запоминающее или печатающее устройство, ЦВМ и т.д.).

При дальнейшем убывании Ux импульсы по шине вычитания преобразователя 1 на выходах блока 2 не вырабатывают сигнала, и кроме вышеуказанного первого импульса, другие импульсы не проходят через элемент И 11. Если из-за помехи появляется пик, то импульсы, поступающие по шине сложения на вход блока 2, на его выходах не вырабатывают сигналов, так как на реверсивном счетчике 21 блока 2 с момента определения истинного экстремума хранится код Mfi из которого и вычитаются эти импульсы. Поэтому импульсы по шире вычитания, появляющиеся после ложно-го экстремума не вырабатывают сигнал экстремума на выходе 23 блока 2. Устройство реагирует указанным образом на все ложные пики на правой сторонне от истинного экстремума.

При последующем возрастании функции и к, после достижения базисной линии (нулевой линии), дальнейшая работа повторяет .все описанное выие.

Использование устройства увеличивает точность определения площади пиков увеличением разрядности устройства, так как при этом ложное срабатывание исключено з.а счет повышения помехоустойчивости.

Формула изобретения

1.Устройство для интегрирования пикообразных функций, содержащее счетчик, подключенный счетным входом к выходу первого элемента И, соединенного первым входом с выходом преобразователя код-частота, подключенного входом к выходу регистра памяти информационный вход которого соединен с цифровым выходом следящего аналого-цифрового преобразователя, соединенного выходами сложения и вычитания с входами блока определения экстремумов и подключенного а;налоговым входом к входу устройства через первый масштабирующий резистор, а также через цепь, состоящую из последовательно соединенных второго масштабного резистора и управляемого ключа, причем первый выход блока определения экстремумов соединен с управляющим входом регистра пгичяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него дополнительно введены второй, третий и четвертый элементы И .и три триггера, причем первый выход блока определения экстремумов, подключенного вторым выходом к первому входу второго элеА4ента И, соединен с первым входом первого триггера, подключенного выходом к второму входу первого элемента И- и к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого триггера, первы входом второго триггера и входами обнуления счетчика и регистра памяти j подключенного выходом к цифровому входу следящего аналого-цифрового преобразователя, соединенного выходами сложения и вычитания соответственно

с третьим входом второго элемента И я первым входом третьего элемента И, подклж чеиного выходом к первому входу третьего триггера и второму входу второго триггера, выход которого соединен с третьим входом первого элемента И и с первым входом четвертого элемента И, подключенного вторым входом к третьему выходу блока определения экстремумов и соединенного выходом со входом третьего триггера, а выход третьего триггера подключен к блокирующему входу следящего ангиюго-цифрового преобразователя, управляющему входу управляемого ключа и второму входу третьего элемента И.

2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок определения экстремумов содержит элементы И, формирователь импульсов и реверсивный счетчик, причем выходы первого и второго элементов И, подклю;ченнымх первыми входс1ми к входам бл:ока определения экстремумов,соединены ,с входами реверсивного счетчика нулевые выходы разрядов которого соединены со входами третьего элемента И, подключенного инверсным выходом к второму входу первого элемента И и соединенного прямым выходом со вторым выходом блока определения экстремумов и с первым входом четвертого элемента И/ выход которого подключен к первому выходу блока определения экстремумов, а второй вход четвертого елемента И соединен с выходом второго элемента И, подключенного вторым входом к инверсному, выходу пятого элемента И, соединенного входами с выходами соответствующих разрядов реверсивного счетчика

и подключенного прямым выходом через формирователь импульсов к треть му выходу блока определения экстрем мов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Патент США № 3801806, кл. 235-183, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2592433/18-24,

0

кл. G 06 G 7/18, 20.03.78.

3.Авторское свидетельство СССР № 601703, кл. G Об G 7/18, 1976 (прототип). .