Многофункциональный цифровой коррелометр Советский патент 1981 года по МПК G06F17/15 

(54) МНОГОФУНКШСИАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР

Смена вьтолнйемой функции анализатором, путем, ручной замены функциональных блоков и ручного задания параметров выполняемой, (|ункиии на органах управления и невозможность обработки сигналов в цифровом коце цля корреляционного анализа делают данный анализатор непригодным для решения задач автоматического управления и непрерывного технологического контроля.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой коррелометр, содержащий два аналогоцифровых преобразователя (АЦП) с регист-рами хранения дискретных отсчёте )входг

ных сигналов, блок умножения, сумматор, запоминающее устройство со схемами выбора адреса ячейки памяти, блок вывода с встроенной электронно-лучевой труб- .кой (ЭЛТ), блок управления с переключателями задания выполняемой функции и ее параметров.

Этот коррелометр позволяет без заме- ны функциональных блоков опре делять оценк корреляционных функций, плотностей распрецеления, математических ожиданий,-, что сокращает время задания новой функ ции и позволяет использовать его при решении задач автоматического управления и технологического контроля в системах, допускающих ручное переключение выполняемой функции 2.

Однако- в коррелометре отсутствует возможность обработки сигналов, поступающих на вход в цифровом коде. Ручное переключе1-ше выполняемой функции и за-дание ее параметров снижают эффектив- ность работы коррелометра и системы в которой он используется, и не позволяют использовать данный коррелометр при

решении задач в реальном масштабе времени в системах автоматического контроля с частым изменением выполняемых функций и их параметров. Отсутствие воз можности обработки сигналов в темпе

поступления потока ци4ровых данных ог-раничивйет функциональные возможности этого коррелометра.

Цель изобретения - повышение быстро действия при определении множества ста тистических характеристик случайных сигналов,

Поставленная цель достигается тем, что в многофункциональный цифровой кор релометр, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первы входы которых являются соответственно первым и вторым аналоговыми входами кор ре ло метр а, выходы которыхсоответственно

через первый и второй регистры соедине ны с первыми входами первого и второго коммутаторов, вторые входы которых подключены к выходу блока памяти, информационный и адресный входы которого подключены соответственно к выходу первого коммутатора и к выходу сумматора, информационный вход Которого соединен с выходом блока умножения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго коммутаторов, выход блока памяти соединен со входом блока индикации, и блок управления, первые три выхода которого подключены соответственно к управляющим входам аналого-цифровых преобразователей, первого и второго коммутаторов и к управляющему входу сумматора, введены первый и второй регистры числа, регистр команд, блок преобразования позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, третий и четвертый коммутаторы и блок приоритета, первый вход Которого является третьим входом коррелометра, второй вход соединен с четвертым выходом блока управления, а первый выход блока приоритета подключен к первому входу блока управления, пятый, шестой, седьмбй и восьмой выходы которого соединены соответственно с первым входом блока элементов ИЛИ,, со входом блока преобразования позиционного кода в двоичный, с первыми входами первого и второго регистра числа, выход блока преобразования позиционного кода в двоичный соединен со вторым входом блока элементов ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу третьего коммутатора вход которого является четвертым входом коррелометра, выход блока элементов ИЛИ через регистр команд подключен ко второму входу блока управления, второй выход блока приоритета подключен ко второму входу третьего коммутатора и первому вхопу четвертого коммутатора, вхо которого соединен с выходом второго регистра числа, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, второй вход первого регистра числа объединен с третьим входом блока элементов ИЛИ и подключен к выходу сумматора, выход первого регистра числа соединен с третьими входами первого и второго коммута-« торов, выход четвертого коммутатора является выходом коррелометра.

На фиг. 1 изображена функциональная схема многофункционального цифрового коррелометра;- на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - структурная схема блока приоритета} на фаг. 4структурная схема преобразователя позиционного кода в двоичный. Коррелометр содержит аналого-цифра- вые преобразователи (АЦП) 1 и 2 с регистрами 3 и 4 входных дискретных отсчетов, коммутаторы 5 и 6 выходных си- гналов АЦП, блок 7 умножения, сумматор 8„ блок 9 (БП) с узлами выбора адреса ячейки памяти, блок 10 индикации со встроенной элекгронно лучевой трубкой (ЭЛТ), блок управления (БУ) 11, регисор 12 команд, регистр 13 числа, блок 14 преобразования позиционного кода в двсич ный, блок 15 элементов ИЛИ, регистр 16 числа, коммутатсры 17 и 18 входных и выходных данных, блок 19 приоритета, цифровой вход 20 коррелометра, выход 21 коррелометра, входные шины 22 блока приоритета. БлиК управления 11 коррелометра (фвг. 2), как и в известном устройстве, состоит из схемы 23 Пуск-стоп, генератс а 24 тактовых импульсов, таймера 25 (пересчет тактовых импульсьв),формирователя 26 сигналов пуска АЦП, распределителя 27 импульсов (счетчики произведений и управляйщие триггеры), блока :28 формирования команд, (линии задержки Е схемы И) и блока 29 формирования сигналов. Блок 19 приоритетного прерывания (БПП) (4мг. 3) выполнен на микросхеме К. 589ИК14 и состоит из триггерш запроса на прерьтание и шифратора 30 приоритета, регистра 31 текущего приоритета (ПР), схемы 32 сравнения приоритетов (СРП), кодирующего устройству 33 приоритета. Вход-выход БПП связан со схемой формиршания команд БУ 11, вырабатывает стриб разрешения прерывания СРП, поступающий на триггер 34 .прерывания БПП, и с распределителем 27 импульсов, который пи состоянию строба прерывания ПР переходит на программу обработки прерывания. Выходы регистров ЗТи 4 подключаются к первым входам коммутаторов 5 я 6 выходных сигналов АЦП. Разноряпность дискретных отсчетов определяется числом уровней квантования АЦП по амплитуде входных сигналов. Выходы коммутаторов 5 и 6 подключены ко входам блока 7 умножения, а выход коммутатора 5 к адресному вхооу БП 9. Выход блока 7 умножения соединен с первым входом сумматора 8, на втсрой вход которого поступает команда добавления единицы в сумматор от первого выхода БУ 11. Цифровая информация с выхода БП 9 поступает на вторые входы коммутаторе 5 н 6, третий вход сумматора, блок 10 индикации и через выходной регистр 16 числа и коммутатор 18 выходных данных на один из выходов 21 коррелометра. Входная цифровая информация поступает через коммутатор 17 командных и числовых данных на вход Ш 9, а через регистр 13 числа на третьи входы коммутаторов 5 и 6. На вхоц Ш 9nociyпает также информация с выхода сумматора. Прохождение информации через ре- гистры 13 и 16 осуществляется по командам с седьмого н восьмого выхода БУ 11 соответственно. Командные данные поступают как от внешних устройств через коммутатор 17, блок 15 элементов ИЛИ, регистр 12 на вход БУ 1, так и от переключателей задания выполняемой функции и задайия ее параметре через шестой выход блока 15 элементов ИЛИ. Управл5Ш ший вхоц блока 15 элементов ИЛИ соединен пятым выходом БУ II. Блеж 14 преобразования позиционного кода в двоичный преобразует позиционные коды, идущие от переключателей, в управл5Я01яее слово. Вход и выход блока 19 приоритета св51зан с одним из входов и выходов БУ 11, а первый и второй выход БУ 11 подключается к управляющим входам АШ 1 и 2 и коммутатсфов 5 и 6 соогветст венно. Для обеспечения автоматической рабогы коррелометра сигналы команд блока 29 идут не на внутренние узлы БУ 11, являются его шестым выходом и по дклю цу блоку 14 преобразования кодов ц уплотнения командных данных через схему 2И-ИЛИ и регистр 12 командных данных поступают на узлы БУ 11. Второй, третий и четвертый выходы управления являются выходами схе-. . формирования команг и управляют поступлением информации через регистр з входных данных, выдачей информаци; через регистр 16 выходных данных и cxi мой 2И-ИЛИ.. Выходы кодирующего устройства 33 приоритета используются для выбора направления связи с внешним устрой ством и поступают на коммутаторы входных и выходных данньсх попк/почая цифро- ° °Д 21 и выход 2О к внешнему устройству, пославшему запрос на прерывание, Уплотненные комансиые данные легко согласуются с данным от цифрового входа и для из передачи внутри коррелометра требуется меньше связей и меньший ре-; гистр 12 командных данных. Блок 14 преобразования кодов служит для уплотнения командаой информации си)налов панели управления в форматы, со гласо ванные с форматами командных дан- ных, поступающих с цифрового входа 2О при работе в автоматическом режиме. Блок 14 преобразования кодов (фиг. 4) состоит из преобразователей позиционного кода в двоичный и двоичнодесятичный или других известных преобразователей в зависимости от того, каким способом задаются данные на ,панели управле- ния.. Позиционный код (фиг. 4) выходов три ггеров 35 поступает на элементы И 36, на выходах которых имеет место двоичный код. Коррелометр работает следующим образом. По командам от внешних устройств, на одну из входных шин 22 блока 19 приоритета поступает сигнал. Порядковьгй но-. мер выбранной шины определяет приоритет в работе. От соответствующего внешнего устройства блок 19 приоритета вырабатывает сигналы (коды), которые разрешают прохождение командной и числовой информации через коммутаторы 17 и 18 входных и выходных данных, одновременно посылается сигнал в БУ 11, который вырабатывает Командный сигнал, поступаю- щий на управляющий вход блока 15 эле- ментов ИЛИ, и командные данные записываются на входной регистр 12 командных данных, а с выхода регистра на вход БУ 11. В командных данных содержатся сведения о выполняемой 4йТ1Кдии. Например для вычисления корреляционной функции (КФ) поступают данные о шаге задержки ut , числе ординат КФ m , степени к6ррелированности, объеме выборки N , о работе с аналоговыми сигналамиX (i-)-, У ( i ) или сигналами от цифрового входа .анализатора, о выдаче результатов работы на внешние устройства и т.д. БУ II по поступившим командным дан ным вырабатывает последовательность внутренних управляющих сигналов. Для определения КФ в АЦП 1 и 2 производиi ся квантование входных сигналов г.во времени и по амплитуде. Дискретные отсчеты входных сигналов X(;fAT ),У(1йС) запоминаются на регистрах и с выходов регистров через коммутаторы 5 и 6 поступают на блок 7 умножения. С выхода лока 7 умножения полученное произведеиеXC-iA Vliutrl. посгупаег сумматор 8, в который предварительно из БП 9 заносится частичная суммТ произведений доедыдущих циклов накопления ( -1).Р xC-i t VfAiT) . осле суммирования получаем значение СХ(1ЛТ )y(iAf ), которое записываетя 9.i ИЗ БП 9 информация выдается на блок 10 вывода с ЭЛТ и выходной регистр 16 числовых данных. Бели есть указания в командных данных о выдаче текущих результатов или конечных результатов измерения на внешние устройства, то БУ 11 вырабатывает разрешающий потенциал на выдачу числовой информации с регистра 16, на выходе коммутатора 18. При указании в командных данных работе с цифровыми сигналами БУ 11 вь раВатывает команду на прохождение числовых данных от коммутатора 17 входных данных через входной регистр 13 числовых данных на вторые входы коммутаторе 5 и 6 и прсизводится вычисление КФ. Алгоритм вычисления КФ аналогичен описанному. В командных данных- могут быть указания о записи цифровой инфор- мащни в БП 9 с сохранением ее иш пос-г ле записи в БП 9 произвести вычисление КФ,, плотности распределения вероятностей, математического ожидания. В этом случае числовая инффмация через коммутатор 17 входных данных записывается в БП 9 и сохраняется в нем или вьшодится на третьи входы коммутаторов 5 и 6 для последующей обработки. При вычислении плотности распределения вероятнос1ей входной аналоговый сигнал X ( i; J преобразуется в диск етный чотсчет, который через коммутатор 5 поступает на афесный вход выбора ячейки памяти БП 9. В этом случае дискретный отсчет является кодом адреса ячейки па мяти ВП. По установленному коду адреса из ячейки памяти считывается накопленная ранее сумма событий, которая записьтается в сумматор. По второму входу сумматора из БУ II добавляетс.я единица, что соответствует свершению события. Новая сумма событий записывается в БП по тому же адресу. Плотность распределение вероятностей вычисляется при поступлении на вход анализатора информа1щи в цифровом виде. Вычисление математического ожидания (МО) сводится к преобразованию вхо ного сигнала в дискретный отсчет.Дискр ный отсчет входного сигнала через ооин из коммутаторов 5 или 6 поступает на один из входов блока 7 умножения, на другой подается код равный единице. Алг ритК вычисления МО аналоп1чен вычислению КФ. При установлении нулевого приоритета из БУ II коррелометр переходит в режи задания командных данных от внутренних органов управления, находящихся в БУ 1 на лицевых панелях управления. Сигналы с командных переключателей БУ 11 поступают на блок 14 преобразования кодо и с выхода блока в ввсде командных данных через вторые входы блока 15 элементов ИЛИ поступают на регистр 12 командных данных. Далее работа коррелометра аналогична описанной. Наличие в многое йикциональном коррелометре дополнительных блоков, позволяю щих автоматически вычислять (|дгнкций, изменять виц вычисляемых функций и задавать юс параметры по командам от внешних устройств, позволит использовать многофункциональный коррелометр в системах автоматического управления, непрерывного технологического контроля и других системах, а также в качестве автономного прибора для определения ста тистаческих характеристик случайных процессов. Наличие в коррелометре дис зового вхр.ца для подключения различного рода устройств первичной обработки информаци по алгоритмам коррелометра, позволяющи вести непосредственный (в темпе поступления) анализ потока цифровых данных, расширяет 4 нкциональные возможности ксррелометра и информативность системы технологического контроля. Формула изобрет е н и я Многофункциональный цифровой коррело метр, содержащий первый и второй ,ана- логочцифрювые преобразователи, первью входы которых являются соответственно и вторым аналоговыми входами кфрелометра, выходы которых соответственно через первый и второй регистры соединены с первыми входами первого и второго коммутаторов, вторые входы которых подключены к выходу блока памяти информационный и адресный входы подключены соответственно к выходу первого коммутатфа и к выходу сумматора, информационный вход которого соединен с ВЫХОДОМ блока умножения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и BTqporo коммутаторов, выход блока памяти соединен со входом блока индикации, и блок управления, первые три выхода которого подключены соответственно к управляющим входам аналого-цифровых преобразователей, первого и второго коммутаторов и управляющему входу сумматора, отличаюц1ийся тем, что с целью повышения быстродействия при определении множества статистический характеристик случайных сигналов, в коррелометр введены первый и второй регистры числа, регистр команд, блок преоб разования позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, третий и четвертый коммутаторы и блок приоритета, первый вход которсго является третьим входом коррелометра, второй вход соединен с четвертым выходом блока управления, а первый выход блока приоритета подключен к первому входу блока управления, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы которого соединены соответственно с первым входом блока элементе ИЛИ, со входом блока преобразования позиционного кода в овоичный, с первыми входами первого и второго регистра числа, выход блока преобразования позиционного кода в двоичный соединен со вторым входом блока элементов ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу третьего коммутатора, вход 5юляется четвертым входом коррелометра, выход блока элементов ИЛИ через регистр команд подключен ко второму вхопу блока управления, второй выход блока приоритета подключен ко второму вхопу третьего KOMt/iyTaTOpa и первому входу четвертого коммутатора, второй вход которого соединен с выходом второго регистра числа, второй вход которого пог1ключен к выхопу блока памяти, второй вход первого регистра числа объг линей с третьим входом блика элемент ИЛИ и подключен к выходу . сумматор выход первого регистра числа соединен третьими входами первого н второго коммутатфов, выход четвертого коммутатора является выходом коррелометра. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Курочкин С. С. Многоканальные четные системы и коррелометры, М., Энергия , 1972, с. 251-255, 2.Грибанов Ю. И. и цр. Автоматичесие цифровые корреляторы, М., Энергия 971, с. 173-196 (прототип)-.

Фиг.1

Фиъ.У

3S

3S

3S

ФиъЛ

36