Многофункциональный преобразователь код-временной интервал Советский патент 1981 года по МПК H03K13/03 

I

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для преобразования кодов во временные интервалы и для спектрального анализа случайных процессов.

Известен преобразователь код-временной интервал, содержащий генератор импульсов с прямым и инверсными выходами, счетчик, выход которого подключен к элементу сравнения, два элемента Т, два D-триггера и элемент ИЛИ, причем выходы генератора подключены ко входам синхронизации 0-три1- геров непосредственно, а к выходам элементов И - через элемент коммутации, вторые входы каждого из элементов И соединены с прямыми выходами О-триггеров непосредственно,а к выходам элементов И - через элемент коммутации, вторые входы каждого из элементов И соединены с прямыми выходами D-триггеров, а выходы - с входами элемента ИЛИ, D-входы триггеров объединены и подключены к выходу управляющего триггера, R-вход каждого О-триггера соединен с инверсным выходом другого t J

Недостаток известного устройства отсутствие возможности измерения характеристик случайного сигнала: математического ожидания, дисперсии, коэффициентов ряда Фурье.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой10ства.

Поставленная цель достигается тем, что в многофункциональный преобразователь код - временной интервал, содержащий генератор импульсов,

15 выходы которого соединены непосредственно с входами синхронизации обоих D-триггеров и через элемент коммутации с первыми входами обоих элементов И, вторые входы которых соедине20ны с прямыми выходами D-триггеров, а выходы с входами элемента ИЛИ, И - входы О-триггеров объединены и подключены к выходу управляющего тоиггера, первый вход которого соединен с шиной Пуск, а R-входы первого и второго D-триггеров соединены с инверсными выходами второго и первог О-триггеров соответственно, счетчик, выход которого соединен с третьим входом сравнения, дополнительно введены диа реверсивных счетчика, генератор синусоидальных сигналов, частотно-импульсный модулятор,генератор пилообразного напряжения, нульорган, третий элемент И, два ключа и три переключателя, причем первый выход элемента сравнения соединен че рез первый ключ со вторым входом управляющего триггера, второй и третий выходы элемента сравнения через второй ключ соединены со входами пер вого реверсивного счетчика, выходы которого соединены с входами второго реверсивного счетчика, выход кото рого соединен со вторым входом элеме та сравнения, вход частотно-импульсного модулятора соединен с выходом первого переключателя, первый вход которого соединен с выходом генерато ра синусоидальных сигналов, а второй вход - с входнойшиной и с первым входом нуль-органа,второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход с первым входом третьего элемента И вtopoй вход которого соединен с выхо дом второго переключателя, первый выход которого соединен с вь1ходом. частотно-импульсного модулятора, а второй - с выходом элемента ИЛИ и с первым входом третьего переключателя, второйвход которого соединен с выходом элемента И, а выход - со входом счетчика, вход генератора пилообразного напряжения соединен с шиной Пуск, На чертеже представлена блок-схема устройства, состоящего из генератора 1 импульсов, элемента 2 комму тации, триггера 3 управления, О-три геров и 5i элементов И 6 и 7, эле мента ИЛИ 8, реверсивного счетчика 9 элемента 10 сравнения, счетчика 11, реверсивного счетчика 12, генератора 13 синусоидальных сигналов, частотно-импульсного модулятора Н, нуль-органа 15,генератора 1б пилообразного напряжения, элемента И 17 Переключателей 18-20, ключей 21-22, В зависимости от положения ключей и переключателей устройство раб тает в четырех режимах. 4 В первом режиме устройство преобразует код во временной интервал. Для -ЭТОГО переключатель 20 устанавливается в положение о|, ключ 21 отключен, ключ 22 включен, О-триггеры 4 и 5 и управляющий триггер 3 находятся в состоянии хранения О, После подачи на вход управляющего триггера 3 импульса начала преобразования на выходе управляющего триггера 3 появляется сигнал, соответствующий логической 1. Этот сигнал поступает на D-входы триггеров 4 и 5. Сигналом генератора 1 импульсов, действующим на С-входы триггеров и S, производится переключение одного из триггеров, при этом первым переключается тот триггер, на С-вход которого подан ближайший по фазе сигнал эталонной частоты, при этом установка состояния хранения 1 одного триггера блокирует другой триггер в состояние хранения О, Поэтому всегда после переключения одного из триггеров разрешающий потенциал с одного выхода триггера поступает только на один из элементов И 6 или 7 и в результате через элемент ИЛИ 8 и через переключатель 20 на вход счетчика 11 поступает сигнал эталонной частоты, имеющий наименьший фазовый сдвиг по отношению к фазе сигнала начала преобразования. Конец временного интервала определяется моментом равенства содержимых реверсивного счетчика 9 и счетчика 11.При этом на выходе элемента 10 сравнения вырабатывается импульс,который , проходя через ключ 22, возвращает в исходное состояние управляющий триггер 3. Для увеличения точности преобразования, используется элемент 2 коммутации, который подключает вход элемента И б к инверсному выходу генератора 1 импульсов, а вход элемента И 7 - к прямому, при этом выходной временной интервал увеличится на величину Тд/2, где Т период сигнала эталонного генератора 1, равносильно введению в схему преобразователя младшего разряда ценой Тд/2. Во втором устройство определяет математическое ожидание входной аналоговой переменной x(t), При этом переключатели 19 и 20 находятся в положениях а и Ь соответственно, ключ 21 включен, а ключ 22 отключен. 5 Устройство работает следующим образом. Входная аналоговая переменная x(t) поступает на первый вход нуль-органа 15, на второй вход которого поступают сигнал выхода генератора 16 пилообразного напряжения. На выходе нуль-органа появляется ВЫСОКИЙ уровень, являющийся разрешающим для элемента И 17, в про межутки времени, когда х() . После подачи на входы управляющего триггера 3 и генератора 16 пилообразного напряжения импульса начала преобразования, временные интервалы (когда на вход элемента И 17 поступает высокий уровень с выхода нуль-органа 15) будут пропорциональны амплитуде входной переменной x(t).. За это время сигналы генератора 1 эталонной частоты с выхода элемента ИЛИ 8 через ключ 19, проходя ч рез элемент И 17, поступят на вход счетчика 11. В момент равенства x(tv на выходе нуль-органа 15 вйов возникает низкий уровень, запирающий элемент И 17, и благодаря этому содер жимое счетчика 1 представляет собой число, пропорциональное амплитуде входной переменной x{t). Это число элементе 10 сравнения сравнивается со значением реверсивного счетчика Если содержимое реверсивного счетчика 9 меньше содержимого счетчика 11, то элемент 10 сравнения выдает сигнал, по которому к содержимому ревер сивного счетчика 12 прибавляется еди ница. Если же содержимое реверсивног счетчика 9 больше содержимого счетчика 11, то элемент 10 сравнения выд ет сигнал, по которому из содержимог реверсивного счетчика 12 вычитывается единица. Если же содержимое ревер сивного счетчика 9 и счетчика 11 будет равно, то с выхода элемента 10 на вход реверсивного счетчика 12 сигнал не поступает. В начале работы устройства содержимое реверсивного счетчика 9 равно нулю, и поэтому оно меньше содержимого счетчика 11. Начи ная с первого цикла измерения, элемент 10 сравнения прибавляет единицу к содержимому счетчика 12. Этот процесс продолжается до переполнения счетчика 12. При этом сигнал, вырабатываемый от переполнения счетчика 12, прибавляет единицу к содержимому реверсивного счетчика 9, а сам счетчик 12 сбрасывается в нулевое состояние. Процесс нарастания со 9 держимого реверсивного счетчика 9 продолжается до получения в нем оценки искомого математического ожидания. Если содержимое реверсивного счетчика 9 превысит математическое ожи-дание ту, то при сравнении содержимых реверсивного счетчика 9 и счетчика 11 вероятность появления моментов, когда содержимое счетчика 11 меньше содержимого реверсивного счетчика 9, значительно больше, чем моментов, когда содержимое счетчика 11 больше содержимого счетчика 9. При этом на вход счетчика 12 поступает значительно больше сигналов, уменьшающих его содержимое, чем увеличивающих,вследствие чего в реверсивном счетчике 12 происходит отрицательное- переполнение. При этом на выходе счетчика 12 появляются сигналы, по которым из содержимого счетчика 9 вычитывается единица. Этот процесс повторяется до тех пор, пока содержимое счетчика 9 не станет равным математическому ожиданию входной переменной x{t). Когда содержимое реверсивного счетчика 9 становится равным математическому ожиданию входной переменной x(t), вероятность появления моментов,когда x() больше,чем математическое ожидание, и моментов, когда x(t) меньше, чем математическое ожидание, становится одинаковой, и на реверсивном счетчике 12 как положительных, так и отрицательных переполнений не происходит. В результате этого содержимое реверсивного счетчика 9 не изменяется и соответствует значению математического ожидания т переменной x(t}. В третьем режиме происходит измерение оценки дисперсии входной аналоговой переменной x(t). В этом режиме переключатели 18-20 находятся в положении Ъ . При этом входная аналоговая переменная x(t) поступает через п ереключатель 18 на вход частотно-импульсного модулятора 1,на выходе которого в каждый момент времени вырабатываются сигналы с частотой,пропорциональной входному сигналу x(t). Эти сигналы поступают через переключатель 19 на вход элемента И J7. При этом,аналогично предыдущему режиму, в каждом шаге дискретизации входной переменной x(t) элемент И 17 открывается на время. пропорциональное амплитуде переменной x(). Влагодаря этому через элемент И 17 проходит количество импульсов пропорциональное произведению x() У (t) ). Эти импуль- сы поступают на вход счетчика 11. Таким образом, в каждом шаге дискретизации содержимое .счетчика 11 определяет значение г (t).: Далее содержимое счетчика 11 с помощью элемента 10 сравнения сравнивается с содержимым реверсивного счетчика 9.В зависи мости от результата сравнения к содерк имому реверсивного счетчика 12 либо прибавляется,либо отнимается единица,и устройство функционирует аналогично второму режиму.В результа те этого на реверсивном счетчике 9 определяется математическое ожидание величины E(t) ,что представляет собой дисперсию входной переменной x(t В четвертом режиме устройство определяет коэффициенты рядов Фурье

В;). Для этого переключатель

18 устанавливается в положение Д , а переключатели 19 и 20 устанавливаются в положение 10 .

Работа устройства осуществляется следующим образом.

На выходе генератора синусоидальных сигналов 13 вырабатываются синусоидальные сигналы соответствующей частоты sin , которые поступают на вход частотно-импульсного модулятора И. На выходе частотно-импульсного модулятора 14 в каждый момент времени вырабатываются сигналы с частотой, пропорциональной значению сигнала sintb t. Эти сигналы через переключатель 19 поступают на первый вход логического элемента И 17 другой вход которого в каждом шаге дискоетизации входной переменной x(t) аналогично предыдущему режиму открывается на время, пропорциональное амплитуде переменной x() вследствие чего через элемент И 17 проходит количество импульсов, пропорциональное произведению X{t-,) X tsin«l : t ). Эти импульсы поступают на вход счетчика 11. Следовательно, в каждом шаге дискретизации содержимое счетчика 11 представляет собой величину, Пропорциональную значению 2.(t) . Далее содержимое счетчика 11с помощью элемента 10 сравнения сравнивается с содержимым счетчика 9. В зависимости от

Многофункциональный преобразователь код-временной интервал, содержащий генератор импульсов, выходы которого соединены непосредственно с входами синхронизации двух триггеров и через элемент коммутации с первыми входами двух элементов И, вторые входы которых соединены с прямыми выходами D-триггеров, а выходы - с входами элемента ИЛИ, И - входы О-триггеров объединены и подключены к выходу управляющего триггера, первый вход которого соединен с шиной Пуск, а R-входы первого и второго О-триггеров соединены с инверсными выходами второго и первого D-триггеров соответственно, счетчик, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно ввеч дены два реверсивных счетчика, генератор синусоидальных сигналов, частотно-импульсный модулятор, генератор пилообразного напряжения, нуль-орган, третий элемент И, два ключа и три переключателя, причем первый выход элемента сравнения соединен через первый ключ со вторым входом управляющего триггера, второй и третий выходы элемента сравнения через второй ключ соединены со входами первого реверсивного счетчика, выходы

которого соединены с входами второго реверсивного счетчика, выход которого соединен со вторым входом элемен98результата сравнения к содержимому счетчику 12 либо прибавляется,либо отнимается единица, и устройство функционирует аналогично второму и третьему режимам. Благодаря этому на счетчике 9 определяется математическое ожидание величины i(t} что представляет собой значение коэффициента Л:. Определение коэффициентов ВлОтличается тем, что при этом генератор 13 синусоидальных сигналов переключается в режим выработки сигналов cosie t , в результате чего на выходе элемента И 17 получается произведение X (t) cosci/ t Z,), и в процессе обработки определяется математическое ожидание 2(t)f которое представляет собой коэЛфициент В. Формула изобретения

та сравнения, вход частотно-импульс ного модулятора соединен с выходом первого переключателя, первый вход которого соединен с выходом генератора синусоидальных сигналов, а второй вход - с входной шиной и с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с выходом ге нератора пилообразного напряжения, а выход - соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя, первый вход которого

Э В5910

соединен с выходом частотно-импульсного модулятора, а второй - с выходом элемента ИЛИ и с первым входом третьего переключателя, второй вход 5 которого соединен с выходом элемента И, а выход - со входом счетчика, вход генератора пилообразного напряжения соединен с шиной Пуск.

Источники информации 10 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №- 50892+, кл. G 06 К 3/00, 1976 (прототип) .