Устройство для выделения экстремумов временных интервалов Советский патент 1981 года по МПК H03K5/153 

(54) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ Изобретение относится к ИМПУЛЬСной технике и может быть использовано в системах регулирования, контроля и измерения. Извес-но устройство, позволяющее выделить экстремумы временных интервалов, содержащее формирователи вход ных и опорных импульсов, логическую схему, регистр, реверсивный счетчик, управляемые генераторы, индикаторы и цифровой фильтр 1 . Недостатком известного устройства является его сравнительно низкая помехоустойчивость, которая проявляетс в многократных срабатываниях устройства при наличии шума на его выходе, а также при нестабильности параметров времязадающих цепей формирователей опорных импульсов и интервешов и нестабильности частоты управляемых генераторов, вызывающих паразитную модуляцию контролируемого временного интервала. При использовании устройства в экстремальных системах регулирования этот недостаток приводит к нарушению устойчивости этих систем а в системах контроля и измерения к искажению результатов контроля и измерения. Кроме того, устройство не обеспечивает следящего режима кон ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ троля и не различает максимумы и минимумы сигналов. Наиболееблизким к предлагаемому является устройство для выделения экстремумов временных интервгшов/ содержащее входной формирователь, первый и второй входы которого подключены соответственно к входу управляемого генератора и к первому входу блока синхронизации, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора и счетным входом счетчика, связанного своим кодовым выходом с регистром, а установочным входом - со вторым выходом блока синхронизации, блок сравнения кодов, выход которого подключен к входу логического элемента и к входу выходного формирователя 2. Это устройство обеспечивает следящий режим контроля и различает максимум к минимукы сигналов, однако имеет сравнительно невысокую помехоустойчивость, которая возникает при наличии шума на его входе, а также при кратновременной нестабильности частоты управляемого генератора, вызывающих паразитную модуляцию временного интервгша. Целью изобретения является повмие помехоустойчивости устройства, Цель достигается тем, что в устройство, содержащее входной формирователь, первый и второй входы которо го подключены соответственно к источ нику измеряемого сигнала и к источнику управляквдего сигнала, а первый 1и второй выходы подключены соответдтвенно к входу управляемого генератора и к первому входу блока синкрониэации, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора и счетным входом счетчика, связанного своим кодовым выходом с регистром, а установочным входом со вторым выходом блока синхронизации, блок сравнения кодов, выход которого соединен с элементом запрета, выходной триггер, выход которого подключен -к входу логического элемента и к входу выходного формирователя, дополнительно введены блок вычитания кодов, распределитель сигнала, первый и второй собирательные элементы и второй элемент запрета, причем первый и второй входы блока вычитания кодов подключены соответ. ственно к выходу управляемого генератора и регистра, установочный вход подключен к второму выходу блока син хронизации и к установочному входу распределителя сигнала, а выход соединен с одним из входов блока сравнения кодов, другой вход которого связан с источником опорного сигнала переключающий вход распределителя сигнала соединен с выходо -. первого элемента запрета, первый выход распределителя сигнала соединен с одним из входов первого собирательного эле мента, другой вход которого соединен с выходом блока сравнения кодов, а ,.выход подключен к управлякщему входу Второго элемента запрета, второй выход распределителя сигнала соедине с управляющим входом выходного триг гера и с одним из входов второго соб рательного элемента, другой вход которого соединен с выходом управляемого генератора, выход подключен .к управляющему входу первого элемента запрета, а второй элемент запрета включен между первым выходом блока синхронизации с одной стороны и с управляющим входом регистра, тактов входом выходного триггера и вторым входом логического элемента с друго стороны. Блок вычитания кодов содержит ре версивный счетчик с переключателем импульсов и вентилями соответственн на своих счетных и установочном вхо дах, элемент фиксации нуля, включен ный между кодовым выходом реверсивн го счетчика и управляющим входом пе реключателя импульсов, причем друго вход переключателя импульсов, кодовый вход вентилей и установочные хслы вентилей и элемента фиксаций уля образуют соотв,гственно, первый, торой и установочный входы, а кодоый выход реверсивного счетчика - выод блока. На чертеже приведена структурная лектрическая схема предлагаемого стройства. Схема устройства содержит входной формирователь 1, пеЕ)вый 2 и второй 3 входы которого подключены соответственно к источникам измеряемого и упавляющего сигналов .(на схеме не показаны, а первый и второй выходы подключены соответственно к входу управляемого генератора 4 и к первому входу блока синхронизации 5, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора 4 и счетным входом счетчика б, связанного своим кодовым выходом с регистром 7, а установочным входом - со. вторым выходом блока синхронизации 5, блок сравнения- кодов 8, выход которого соединен с элементом запрета 9, выходной триггер 10, выход которого подключен к входу логического элемента 11 и к входу выходного формирователя 12. В устройстве введены блок 13- вычитания кодов, распределитель сигнала 14, первый и второй собирательные, элементы 15 и 16 и второй элемент запрета 17. Первый и второй входы блока 13 вычитания кодов подключены соответственно к выходу управляемого генератора 4 и к выходу регистра 7, установочный вход блока 13 подключен к второму выходу блока синхронизации 5 и к установочному входу распределителя сигнала 14, а выход блока ,13 к одному из входов блока сравнения кодов 8, другой вход 18 которого связан с источником опорного сигнала (не показан), переключающий вход распределителя сигнала 14 соединен с выходом первого элемента запрета 9, первый выход распределителя сигнала 14 соединен с одним из входов первого собирательного элемента 15, другой вход которого соединен с выходом блока сравнеиия кодов 8, а выход подключен к управляющему входу второго элемента запрета 17, второй выход распределителя сигнала 14 соединен с управляющим входом выходного триггера 10 и с одним из входон второго собирательного элемента 16, другой вход которого соединен с выходом управляемого генератора 4, выход подключен к управляющему входу первого элемента запрета 9, а второй элемент запрета 17 включен между первым выходом блока синхронизации 5 с одной стороны и управляющим входом регистра 7, с тактовым входом выходного триггера 10 и вторым входом логического элемента 11 с яругой сторОНЫ, Блок вычитания кодов 13 содержит реверсивный счетчик 19 с переключа телем импульсов 20 и вентилями 21 соответственно на своих счетных и установочном входах, элемент фиксации нуля 22, включенный между кодовым выходом реверсивного счетчика 1 и управляющим входом переключателя импульсов 20. Другой вход переключа теля импульсов 20, кодовый вход вен тилей 21 и установочные входы вент лей 21 и элемента,фиксации нуля 22 образуют соответственно первый, второй и установочный входы, а кодовый выход реверсивного счетчика 1 выход блока 13. Позициями 23 и 24 обозначены выходы логического элемента 11, а 25 26 - выходы выходного формирователя 12. Устройство работает следукяцим об разом. Рассмотрим случай, когда контролируемый (измеряемый сигнал поступает на вход 2 входного формировате ля 1 и представляет собой периодическую последовательность импульсов а на вход 3 поступает управляющий сигнсш, соответствующий логической единице. Последний сигнсШ проходит на первый выход входного формировате ля 1 и поступает на управляемый генератор 4, разблокируя его вЫкод, Импульсы образцовой частоты с выхода генератора 4 поступают на счетный вход счетчика 6, первый вход блока вычитания кодов 13, на вход собирательного элемента 16 и на второй вхо блока синхронизации 5. Счетчик б срабатывает по переднему фронту импульса генератора 4, одновременно значение кода на выходе блока вычита ния кодов 13 изменяется на единицу счета. При нулевом-значении сигнала на втором выходе распределителя сигнала 14 импульс управляемого rerie ратора 4 проходит через собирательный элемент 16 на управляющий вход элемента запрета 9 и блокирует пос-ледний на время длительности импульса образцовой частоты. В паузе между импульсами образцовой частоты генератора 4 элемент запрета 9 разблокируется. Код числа, образующийся на выходе блока вычитания кодов 13, непрерывно сравнивается блоком сравнения кодов 8 с кодом опорного сигнала, поданного на вход 18. При равенстве кодов сигнал с выхода блока сравнения кодов 8 проходит через раз блокированный на время паузы между импульсами образцовой частоты элемент запрета 9 на переключающий вход распределителя сигнала 14 и устанавливает его в состояние, соответству- )Юиее единичному сигналу на его следу вдем по порядку переключения выхода. Одновременно сигнал с выхода блока сравнения кодов 8 поступает через . собирательный элемент 15 на управля)сщий вход элемента запрета 17 и блокирует его. На втором выходе входной формирователь 1 формирует узкие прямоугольные импульсы с периодом следов ния, равным периоду следования импульсов 1на входе 2. Пусть на втором выходе входного формирователя 1 появляется импульс. Этот импульс поступает на первый вход блока синхронизации 5, на второй вход котЪрого непрерывно поступают импульсы образцовой частоты. Блок синхронизации 5 по заднему фронту иг 1пульса на своем первом входе в первой же паузе между импульсами образцовой частоты, поступающих на второй его вход, формирует на своем первом выходе импульс, который поступает иа вход элемента 17. Если сигналы на первом выходе распределителя сигнала 14 и на выходе блока сравнения кодов 8 имеют -нулевое значение, то элемент запрета 17 разблокирован и с первого выхода блока синхронизации поступает на управляющий вход регистра 7, на тактовый вход выходного триггера 10 и на второй вход логического элемента 11. При этом код с выхода счетчика б записывается в регистр 7, выходной триггер 10 устанавливается в состояние, соответствующее значению сигнала на втором выходе распределителя сигнала 14, логический элемент 11 формирует, при этом импульс на выходе 23, еспк триггер 10 устанавливается в единичное состояние, или импульс на выходе 24, если триггер 10- устанавливается в нулевое состояние. Импульсы на выходах 23 к 24 логического элемента 11 не появляются, а состояние регистра 7 и выходного триггера 10 не изменяется, если в момент появления импульса на первом выходе блока синхронизации 5 сигналы иа первом выходе распределителя сигнала 14 и на- выходе блока сравнения крдов В имеют единичное значение. По заднему фронту импульса на первом выходе блока синхронизации 5 форлмруется импульс на втором его выходе. По этому импульсу счетчик б сбрасывается в исходное нулевое сосояние, распределитель сигнала 14 станавливается в состояние, соответствуаадее нулевому значению сигналов, а его обоих выходах, а в блок вычиания кодов 13 записывается код чиса, хранимого в регистре 7, причем а блока вычитания кодов 13 бразуется код этого же числа. Одноременно по этому импульсу в блоке №1Ртанин кодов 13 устанавливается ежим, при котором кгьждый импульс бразцовой частоты, поступающий на

перный его вход, уменьшает на одну единицу значение кода числа на его выходе.Если в процессе счета импульсов образцовой частоты код на выходе блока вычитания кодов 13 принимает нулевое значение, то режим его рабо ты автоматически изменяется и с этого момента каждый импульс образцовой частоты увеличивает код числа на его выходе на одну единицу счета.

Пусть iN число импульсов, поступивший на вход счетчика 6 и на первый ход блока вычитания кодов 13 на времй между моментами появления имрульсов на втором выходе блока синхронизации 5;Np- число, фиксируемое в регистре 7;-Мо--число, соответствующее опорному сигналу на входе 18 блока сравнения кодов 8.

К моменту появления импульса на втором выходе блока синхронизации 5 в счетчике б оказывается зафиксированным число N, а в регистре 7 либо число NP N, либо прежнее число в зависимости от состояния распределителя сигнала 14. Тогда, если то в процессе сравнения кода числа, образукидегося на выходе блока вычитания кодов 13, и кода на входе 18 блок сравнения кодов 8 не срабатывает ни разу и распределитель сигнала 14 остаётся в исходном состоянии. К моменту появления импульса на первом выходе блока синхронизации 5 эле мент запрета 17 разблокирован и код числа N с выхода счетчика 6-записывается в регистр 7. При этом . Если NP-NO Ni , TO блок сравнения кодов В срабатывает один раз в момент поступления Мр-Мо импульсов и распределитель сигнала 14 устанавливается в состояние, соответствующее единичному сигналу .на ег перьом выходе. В момеят появления импульса на первом выходе блока синхронизации 5 злемент запрета 17 оказывается заблокированным и в регистре 7 остается прежнее значение кода Мр .

Если + NO, то блок сравнения кодов 8 срабатывает по крайней мере два раза: первый раз при Ni-Np-N и второй, раз приЫ1-Мр4-Мо .При первом срабатывании блока сравнения кодов 8 распределитель сигнала 14 устанавливается в состояние, при котором на его первом выходе появляется единичный сигнал. При втором срабатывайии блока сравнения кодов .8 единичный сигнал устанавливается на втором выходе распределителя сигнала 14, а на первом выходе - нулевой сигнал, к моменту появления импульса на первом выходе блока синхронкзации 5 элемент запрета 17 оказывается разблокированным, и код числа Щ с выхода счетчика б переписывается в регистр 7.

При N.{:bJp..MO или N - NpfNo выходе блока сравнения кодов 8 устанавливается единичный сигнал. Однако .в обоих случаях в момент появления импульса на первом выходе блока синх ронйз&ции 5 злемент запрета 17 оказывается заблокированным единичным сигналом с выхода блока сравнения кодов 8, при зтом регистр 7 и триггер 10 сохраняют свои прежние состояния. .

К моменту появления очередного

импульса на втором выходе блока синхронизации 5 число N, фиксируемое в счетчике 6, пропорционально значению текущего периода контролируемого сигнала. Пусть значения контролируемого сигнала постоянно возрастают (, что всегда NO Тогда за период Т- блок сравнения кодов 8 срабатывает, по крайней мере, два раз с, и, распределитель сигнгша 14 всякий к моменту появления импульса на выходе блока синхронизации

5 устанавливается в состояние, соответствующее единичному сигналу на втором выходе и, следовательно, состояние триггера 10 не изменяется, а сигнал на его выходе имеет единичное значение. На выходе 23 логического элемента 11 периодически появляется сигнал о том, что период контролируемого сигнала увеличивается.Значенке кода в счетчике 6 всякий раз переписывается в регистр 7.

Пусть следующий период контролируемого сигнала оказывается меньше предыдущего . Т ) так, что N.

N--No-3a интервал Т блок сравнения кодов 8 не срабатывает ни разу и распределитель сигнала 14 остается в исходном нулевом состоянии. В мо-мена появления импульса на первом выхс-.де блока синхронизации 5 сигнал на выходе триггера 10 принимает нулевое значение. По перепаду сигнала на выходе триггера 10 выходной формирователь 12 формирует сигнёш о том, что значение является максимальным. Если теперь каждый последующий перкод оказывается меньше предыдущего TS.K, что выполняется соотношение

t то нулевое зна:Чение сигнала .на выходе триггера 10 ;Нё изменяется, а на выходе 24 логического элемента 11 периодически формиpveтcя сигнал о том, что значение периода уменьшается. Сигнал на выходе триггера 10 изменит свое значение на единичное, если последующий период окажется больше предыдущего так, что ( v W + NO . По этому перепсду сигнала на выходе 25 выходного формирователя 12 формируется сигнал, о том, что значение N/t является

МИНИМсШЬНЫМ .

Пусть теперь текущее значение периода изменяется так, что Тогда за текущий период Т контролируемого сигнала блок сравнения кодов 8 успевает сработать лишь один раз и распределитель сигнала 14 устанавливается в состояние, соответствующее единичному сигналу на его первом выходе. В результате элемент запрета 17 оказывается заблокированным и импульс, появляющийся на первом выходе блока синхронизации 5, не измен гет состояние триггера 10, а в регистре 7 оказывается зафиксированным код числа Щ, пропорционального значению предыдущего периода Tj. При N. Н +Моблок срав нения кодов 8 может сработать дважды (при . N + N(j); однако и в этом случае элемент запрета 17 оказывается заблокированным по единичному сиг нaлs с выхода блока сравнения кодов 8 и, следовательно, состояния трйгге;ра 10 и регистра 7 также не изменяТаким образом, если значение конт ролируемого сигнала изменяется, например, под влиянием шумовой состав ляющей так, что число, фиксируемое в счетчике 6, колеблется в некоторы пределах, не превышающих значения опорного сигнала на входе 18 блока . сравнения кодов 8, формирование сиг налов на выходах логического элемен та 11 и выходного. фор1«шрователя 12 не происходит независимо от характе изменения контролируемого сигнала. Работа устройства при контроле временного интервала, представленног длительностью импульсов, отличается тем, что выход управляемого генерато ра 4 разблокируется только в течение длительности входного импульса, что обеспечивается подачей логического нуля на вход 3 входного формирователя 1 . Экстремальные значения временных интервалов могут быть считаны с выхода регистра 7 по сигналам с выходом 25 и 26 выходного формирователя 12. таким образом, при контроле текущего Значения временного интервала б присутствии помех ложные сигналы могут быть исключены путем соответст вующего изменения уровня опорного сигнала NO на входе 18 блока сравнения кодов 8. Блок вычитания кодов 13 работает следующим образом, По импульсу, поступающему со второго выхода блока синхронизации 5, вентили 21 разблокируются и в реверсивный счетчик 19 записывается код N , зафиксированного в регист числа ре 7. Одновременно по этому жеимпульсу, на выходе элемента фиксации нуля 22 устанавливается нулевое значение сигнала, при котором вход пере ключателя импульсов 20 оказывается подключенным к вычитающему входу реверсивного счетчика 19. В процессе счета импульсов образцовой частоты управляемого генератора 4 код числа реве рсивного счетчика 19 уменьшается. При поступлении N. импульсов реверсивный счетчик 19 устанавливается в нулевое состояние, элемент фиксации нуля 22 срабатывает и переключает переключатель импульсов 20 в положение, при котором импульсы образцовой частоты поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 19. Код числа в реверсивном счетчике 19 увеличивается. Сигналы с кодового выхрда реверсивного счетчика 19 поступают на вкходе блока. Таким образом, на выходе блока вычитания кодов 13 формируется абсолютное значение разности между значением число- импульсного кода, поступаю- щего на первый вход блока, и значением параллельного кода, поступающего на второй вход блока. Введение новых элементов позволяет повысить помехоустойчивость предлагаемого устройства по сравнению с известным путем исключения ложных срабатываний устройства при наличии помех на входном сигнале заданием соответствуквдего уровня опорного сигнала на входе блока сравнения. Выполнение блока вычитания кодов в виде реверсивного счетчИка с переключателем импульсов, вентилями и элементом фиксации нуля позволяет определять непрерывное значение разности кодов сравниваемых временных интервалов, что обеспечивает следящий режим выделения экстремумов, упрощает структуру устройства и соKpaiiiaeT объем элементной базы. Формула изобретения 1. Устройство для выделения экстремумов временных интервалов, содержащее входной формирователь, первый и второй входы которого подключены соответственно к источнику измеряемого, сигнала и к источнику управляющего сигнала, а первый и второй выходы подключены соответственно к входу управляемого генератора и к первому входу блока синхронизации, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора и счетным входом счетчика, связанного своим кодовым выходом с регистре, а установочным входом - со вторым выходом блока, синхронизации, блок сравнения кодов, выход которого соединен с элеменгом запрета, выходной триггер, выход которого подключен к входу логического элемента и к входу выходноге формирователя, отличаюееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него вве- ,.

дены блок вычитания кодов, распределитель сигнала, первый и второй собирательные элементы и второй элемент запрета, причем первый и второй входы блока-вычитания кодов подключены соответственно к выходу управляемо1-о генератора и регистра, установочный вход подключен к второму выходу блока синхронизации и к установочному входу распределителя сигнала, а выХод соединен с одним из входов блока сравнения кодов,другой вход котоpoгo связан с источником опорного сигнала, переключающий вход распределителя сигнала соединен с выходом первого элемента запрета, первый выход распределителя сигнала соединен с одним из входов первого собирательного элемента,, другой вход которого соединен .с выходом блока сравнения кодов, а выход подключен к управляющему входу второго элемента запрета, второй выход распределителя сигнала соединен с управляющим входом выходного триггера и с одним из входов второго собирательного элемента, другой вход.которого соединен с выходом управляемого генератора, выход подключен к управляющему входу riepioro элемента запрета, а второй

элемент запрета включен между первым выходом блока синхронизации с одной стороны и управляющим входом регистра, тактовым входом выходного триггера и вторым входом логического элемента с другой стороны.

2. Устройство по П.1, о т л ичающеес-я тем, что блок вычитания кодов содержит реверсивный счетчик с переключателем импульсов и вентилями соответственно на своих счетных и установочных входах, элемент фиксации нуля, включенный между кодовым выходом реверсивного счетчика и управляющим входом переключателя импульсов, причем другой вход переключателя импульсов, кодовый вход вентилей и установочные входы вентилей и элемента фиксации нуля образуют соотЕетственно первый, второй и установочный входы, а кодовый выход реверсивного счетчика - выход блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

W 409188, кл. G Oif F 11/08, 15.11.71.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 551797, кл. Н 03 К 5/153, 05.08.75 (прототип).