Стохастический преобразователь аналог-код Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГ-КОД

Изобретение относится к вычислительной технике и может; Сыть исполь- зовано для измерения аналоговых величин и их математического ожидания.

Известен стохастический преобразователь аналог-код, содержащий аналоговый блок умножения, аналоговый элемент памяти, генератор импульсов, делитель частоты, элемент сравнения, два элемента И, два реверсивных счетчика, преобразователь код-напряжение, шесть ключей и два переключателя 11.

Недостатком устрюйства являются Ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет определить математическое ожидание только в том случае, если входной сигнал удовлетворяет условиям стационарности.

Известен также стохастический преобразователь аналог-код, содержащий блок сравнения, вход которого через преобразователь код-напряжение соединен с выходами реверсивного счетчика, а два выхода соединены соответственно с первыми входами двух элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов 2.

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно не позволяет определить математическое ожидание для нестадионарных сигналов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, Что в стохастический преобразова10 .тель анадог-код, содержащий блок сравнения, вход которого через преобразователь код-напряжение соединен с выходами реверсивного счетчика, а два выхода соединены соответствеи15но с первьми входами двух элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, введены реверсивный счетчик с управляемьвл коэффициентом пересчета,

20 два RS-триггеры, четыре формирователя, три элемента ИЛИ, регистр сдви га, блок задержки и три переключателя, причем вь«оды первого и второго элег ентов И соответственно

25 через первый и второй контакты первого переключателя подключены ко входам реверсивного счетчика с управляeN fcJM коэффициентом пересчета, счетные выходы которого через третий и

30 четвертый контакты первого переключа;геля соединены со входами реверсивного счетчика и с R и S-входами первого RS-триггера,- выходы которого через первый и второй формирователи соединены со входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу увеличения коёффициента пересчета реверсивного счетчика с управляемь коэффициентом пересчета, выходы которого через второй переключатель соединены со .входами второго элемента ИЛИ и R и Sвходами второго RS-триггера, выходы которого через третий и четвёртый формирователи соединены с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к уст новочному входу регистра сдвига, вы ходы которого через третий переклЮчатель соединены со входами уменьше ния коэффициента пересчета реверсив ного счетчика с управляемым коэффициентом пересчета и блока задержки, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, а выход второго элемента ИЛИ подключен .к сдвигающему входу регистра сдвига На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - структурная электрическая схема реверсивйого счетчика с управляемым коэффициентом пересчета. Устройство содержит блок 1 сравнения , генератор 2 импульсов, ревер сивный счетчик 3, преобразователь 4 код-напряжение/ элементы И 5 и 6, реверсивный счетчик 7 с управляе слм коэффициентом пересчета, блок автоматического увеличения коэффициента пересчета этого счетчика, состоящий из RS-триггера 8, формирователей 9 и 10,Элемента ИЛИ 11, блок автоматического уменьшения коэффициента пересчета, состоящий из регистра 12 сдвига, элемента ИЛИ 13, RS-триггера 14, формирователей 15 и 16, элемента ИЛИ 17, переключатели 18-20, блок 21 задержки, реверсивный Аетчик 7 с управляемым коэффициентом пересчета содержит двоичный реверсивный счетчик 22, триггер 23 зна, ка, регистр 24 сдвига, элементы И 25 - 37, элементы ИЛИ 38-40 и блок 41 задержки. В устройстве предусмотрены три режима работы. Выбор режима осущест вляется переключателем 20. В первом режиме производится преобразование входной аналоговой величины в цифро вой код. В этом режиме переключатель 20 устанавливается в верхнее положение, при котором выходы элеме тов И 5 и 6 подключаются непосредственно ко входам счетчика 3. При этом аналоговая переменная .x(t) поступает на вход блока 1, на второй вход которого постуает линейно-ступенчатое компенсирующее напряжение от преобразо§атёля 4. В режиме слежения в произвольный момент времени t,- блок 1 вырабатывает сигналы 4lf и Т2. (1 при х(Ы - V.f О% lO при x(t.)- UK .« О Л 1. при X(t,-)- и,с- 0; 2-t О при xttv)- UK.- 0; где x(t) - входной аналоговый сигнал;Uj - напряжение на выходе преобразователя код-напряжение. Таким образом, когда входная аналоговая величина-х() окажется больше содержимого счетчика 3, то блок 1 вырабатывает сигнал/ который открывает элемент И 5, и сигналы с генератора 2, проходя через элемент И 5и переключатель 20, поступают на вход сложения реверсивного счетчика 3, увеличивая его содержимое на единицу в каждом шаге преобразования. Если же аналоговая величина окажется меньше содержимого реверсивного счетчика 3, то блок 1, в результате сравнения x(t с Vf ,большим, чем x(t|), вырабатывает сигнал fg / торый открывает элемент И 6, и импульс с генератора 2 через элемент И 6и переключатель 20 поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 3, уменьшая его содержимое на единицу. При равенстве аналоговой величины содержимому реверсивного счетчика 3 блок 1 закрывает элементы И 5 и б , прекращая поступление импульсов с генератора 2 на вход реверсивного счетчика 3. При таком функционировании устройства содержимое реверсивного счетчика 3 в каждом шаге дискретизации входного сигнала представляет сЪбой значение входной аналоговой переменной в цифровой форме. Во втором режиме устройство определяет оценку математического ожилания входного аналогового сигнала в текущий момент времени. При этом переключатель 20 находится в нижнем положении, т. е. выходы элементов- И 5 и 6 лодключены на входы реверсивного счетчика 7. Устройство в этом режиме работает следующим образом. Блок 1. в каждом шаге дискретизации входного сигнала x(t) сравнивает его с линейно компенсирующим напряжением Uj.. Если x(t) 7 Ux(t) , блок 1 открывает Элемент И 5 и к содержимому реверсивного счетчика 7 прибавится единица. При x() U,(t ) блок 1 открывает элемент И б, и от содержимого-реверсивного счетчика 7 вычитается единица При Uictti) блок 1 вырабатывает сигналы % «f2 О, т. е. элементы И 5 6 закрыты, и содержимое реверсивно счетчика 7 не изменяется. Этот про цесс повторяется в каждом шаге изм рения. При этом, если содержимое ре версивного счетчика 3 меньше матем тического ожидания ту, то за отрез времени t вероятность появления м ментов, когда U|c(t,-) х(Ц) , становится значительно больше, чем вероятность появления моментов, когда Uy() 7 x(t) . Количество импульсов 1кЬторые поступают -с генератора 2 че рез элемент И 5 на вход сложения ре версивного счетчика 7 также значительно больше, чем количество импульсов, поступающих с генератора 2 ерез элемент И 6 на вход вычитания реверсивного счетчика 7. Благодаря этому через определенное количество тактов происходит переполнение реверсивного счетчика 7. В результате на вЕлходе реверсивного счетчика 7 п является сигнал, который прибавляет единицу к содержимому реверсивного счетчика 3. Если содержимое реверсивного счетчика 3 вновь меньше математического ожидания, то вышеописанный процесс повторяется до тех пор, пока оно не становится равным математическому ожиданию.входного сигнала x{t ). Если же содержимое реверсивного счетчика 3 больше мате матического ожидания m переменной x(t ), то при сравнении U(t) с x() вероятность появления моментов, когда (t), зна чительно больше, чем вероятность появления моментов, когда Un(t;). х(Ц). Следовательно, в. этом случае количество импульсов, поступающих через элемент И б на вход вычитания реверсивного счетчика 7, больше, чем. количество импульсов, поступаквдих- через элемент И 5 на вход сложения. При этом импульс пер полнения вычитает из содержимого ре версивного счетчика -3 единицу. Это уменьшение происходит до тех пор, пока содержимое реверсивного счетчи ка 3 не становится равно математическому ожиданию переменной x(t ). Когда содержимое реверсивного счетчика 3 становится равно математическому ожиданию входной переменной x(t ), то положительных и отрица-. тельных переполнений на реверсивном рчетчике 7 не происходит, так как число моментов, когда x(t) UK( и моментов, когда x(t) ), равно. В устройстве в начале работы коэффициент пересчета реверсивного счетчика 7 для быстрого достижения искомого значения x(t ) устанавливается минимальным. При этом на реверсивном счетчике 3 происходит быстрое отьаскание грубой оценки тх« но содержимое счетчика 3, то увеличиваясь, то уменьшаясь, изменяется вокруг, истинного значения искомой оценки. Изменение, знака переполнения, реверсивного счетчика 7 принимается ;3а признак недостаточности его разрядности . Сигналы, получаемые с выхода реверсивного счетчика 7, подаются ко входам установки, единицы и триггера 8. При этом, если после переполнения.с положительным знаком, когда триггер 8 устанавливается в положение , происходит переполнение с отрицательным знаком или наоборот, после отрицательного переполнения происходит положительное, то триггер 8 меняет.свое состояние и на его гыходе формирователем 9 или 10 формируется сигнал который, проходя через элемент ИЛИ 11, воздействует : на реверсивный счетчик 7, увеличивая его разрядность на один разряд. Таким образом, при каждом изменении знака переполнения реверсивного счетчика 7 устройство обеспечивает увеличение его разрядности на один разряд, а это, в свою очередь, увеличивает время переполнения реверсивного счетчика 7. Следовательно, увеличивается и время, за которое подсчитывается колич.ество отсчетов, больших и меньших, чем найденная оценка. С увеличением этого времени уменьшается вероятность ошибочного переполнения реверсивного счетчика 7. Поэтому не происходит ошибочного изменения значения реверсивного счетчика 3, выражающего искомую оценку. Если процесс является нестационарным, необходимо,чтобы в моменты изменения значения математического ожидания для обеспечения быстрой коррекции ранее найденной оценки коэффициент пересчета реверсивного счетчика 7 автоматически уменьшался. Для этого в устройстве предусмотрен третий режим, который дает возможность автоматического уменьшения коэффициента.пересчета, т. е. разрядности реверсивного счетчика .7, в моменты, когда изменяется значение математического ожидания. Уменьшение разрядности реверсивного счетчика 7 производится при неоднократном переполнении содержимого некоторого количества его младших разрядов. При этом подсчитываются только количества подряд идущих переполнений одного . Если знак переполнения ладших разрядов счетчика 7 изменяется хоть один раз, то подсчет начинается снова, количество младих разрядов, с которых снимается игнал переполнения, выбирается пееключателем 18. Количество подряд дущих переполнений одного и того е знака подсчитывается в регистре 2 и выбирается переключателем 19. начале работы устройства первый азряд регистра 12 устанавливается

р единичное положение, все остальные разряды регистра 12, а также реверсивный счетчик 7 и триггер 14 устанавливаются в положение О. В процессе обработки, когда изменяется математическое ожидание входного сигнала, разность x(t4 - U,(t) не меняет своего знака в течение . некоторого времени t. За. этот промежуток времени в открытом состоянии находится только один из элементов И 5 или 6. На вход счетчика 7 поступают толькр сигналы, увеличивающие его содержимое или только уменьшающие. При этом сигналы переполнения появляются только на одном выходе переключателя 18, подключенного к выходам одного из младших разрядов реверсивного счетчика 7. В результате этого триггер 14 не изменяет своего состояния и, следовательно, на его выходе не возникает перепад напряжения, и не происходит установка регистра 12 сдвилга и исходное состояние. Таким образом, сигнал от переполнения некоторого количества младших разрядов одного и того же знака, проходя через переключатель 18 и элемент ИЛИ 13, поступает на вход сдвига регистра 12, осуществляя в нем каждый раз единицы на одни разряд влево. Каждый раз, когда эта сдвигае мая единица достигнет контакта переключателя 19, сигнал, получаемый на его выходе, производит уменьшение коэффициента пересчета реверсивного счетчика 7 и далее, проходя через блок 21 и элемент ИЛИ 17, осуществляет установку в исходное положение регистра 12. Каждый раз при изменении значения математического ожидани уменьшается коэффициент пересчета реверсивного счетчика 7, что приводит к уменьшению времени переполнения реверсивного счетчика 7 и обеспечивает быструю корректировку значения реверсивного счетчика 3. Когда содержимое реверсивного счетчика 3 равно грубой оценке нового значения математического ожидания, устройство вновь аналогично второму режиму увеличивает разрядность реверсивного счетчика 7 и корректирует это значение до тех пор, пока оно не становится равным новой искомой оценке математического ожидания.

В реверсивном счетчике 22 в процессе обработки производится либо суммирование, либо вычитание единичных импульсов, вырабатываемых в зависимости от знака разности х(Ц) - L)n(t,) и знака содержимого реверсивного счетчика 22. При этом знак содержимого реверсивного счетчика .22 фиксируется в триггере 23. Единичные выходы каждого разряда реверсивного счетчика 22 через соответствующие элементы И 29 - 32, элемент ИЛИ 40 и элементы И 33 - 34 подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 3i Вторые входы элементов И 29 - 32 подключены к выходам соответствующих разрядов регистра 24. В начале работы первый разряд регистра 24 устанавливается в единичное положение, а все остальные разряды - в нулевые,

Сдвиг этой единицы вправо в регистре 24 производится сигналом с выхода элемента ИЛИ 11, вырабатываемым при изменении знака переноса подаваемого на вход реверсивного счетчика 3. Сдвиг единицы влево в регистре 24 сдвига производится сигналом с выхода переключателя 19, вырабатываемого при поступлении заданного количества подряд идущих переполнений с выхода заданного количества младших разрядов реверсивного счетчика 22. Благодаря такой организации к входам реверсивного счетчика 3 оказывается подключенным тот разряд реверсивного счетчика 22, который открывается соответствующим разрядом регистра 24, находящимся в единичном положении.

Таким образом, в процессе обработ ки информации обеспечивается авто матическое увеличение и уменьшение разрядности реверсивного счетчика 22.

Предлагаемое устройство позволяет сократить сроки и затраты,необходимы для автоматизации определения оценок статистических характеристик случайных сигналов в реальном масявтабе времени.

Формула изобретения

Стохастический преобразователь аналог-код, содержащий блок сравнения, вход которого через преобразователь код-напряжение соединен с выходами реверсивного счетчика, а два выхода соединены соответственно с первьа и входами двух элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены реверсивный счетчик с управляемым коэффициентом пересчета,два КЗ-триггеры, четыре формирователя, три элемента ИЛИ, регистр сдвига, блок згшержки и три переключателя, причем выходы первого и второго элементов И соответственно через первый и второй контакты первого переключателя подключены ко входам реверсивного счетчика с управляемым коэффициентом пересчета, счетные выходы которого через третий и четвертый контакты пер