Адаптивный аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

(54) АДАПТИВНЫЙ ДНАЛСЯГО-41ИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано Для сжатия информации.

Известен адаптивный анался о-цифровой преобразователь, содержащий два счетчика, один из которых - реверсивный, две схемы переноса кода, формирователь временного интервала, схемы совпадения единиц, и нулей , два триггера, генератор импульсов, пва формирователя импульсов, д два элеменга И, цва элеменга ИЛИ и элемент задержки Cl

Это устройство обладает высо1с6й стабильностью работы, благодаря примененшо)5 только цифровых логических элементов. Зависимость времени квантования от скорости изменения таантуемого сигнала достигается за счет форт шрования интерв ша времени квантования в зависимости 20 от разницы между постоянным временным интервалом и интервалом времени, пропорциональным разности .между предыдущим и очередным отсчетом.

Однако это устройство недостаточно эффективно работает в области мальос изменений преобразуемой 4огнкции, Несмотря на то, что в этих областях сигаал не несет существенной информации, устройство формирует отсчеты через иатервалы времени, сшределяемые емкостью реверсивного счетчика и частотой генератора импульсов. Это снижает эффективность сжатия информации.

Кроме того, моменты существенных отсчетов определяются методом дискретного анализа, т.е. путем сравнения не текущего сигнала, а преофазованного сиг нала, запаздывающего по времени на величину интервала квантования. Это увеличивает динамическую погрешность работы устройства.

Наиболее близким по технической сув ности к изофетению является адаптя ный аналого-цифрсюой преофазователь, содержащий два реверсивных счетчика, регистр сдвига, цифровой компаратор, блок цифрового задания апертуры, бпок / сдвига совпадающих импульсов, блок переключения, генератор импульсов, блок согятадения нулей, блок переноса кода, два управляющих триггера, две элемента И, два элемента ИЛИ и формирователь импульсов L 2 3 Это устройство по сравнению с анало гичными позволяет увеличить эффективность сжатия информации и уменьшить динамическую погрещность за счет непрерывного цифрового анализа преобразуемой информации. I Опнако это устройство имеет схемную иэ&ггочность, поскольку два реверсивных счетчика, в первом из которых определяется начальный код входного сигнала, а во втором - приращение входного сигнала, работает с разделением во времени, что поааволяет совместить их функции в сриом реверсивном счетчике. Кроме того, это устройство имеет систематическую погрешность, так как после каждого импульса существенного отсчета в реверсивный счетчик устанавливается 1 , чтобы не &ШО ложного срабатывания схемы совпадающих нулей. Это приводит к ощибке ия единицу младщего разряда при прямом ходе.и на . две единице - рри обратном ходе.; Цель изобретения - повыщение точности и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий реверсивный счетчик, регистр сдвига, цифровой компаратор, блок цифрового задания апертур бпок сдвига совпадающих импульсов, бло переключения, генератор импульсов, блок соападения нулей, блок переноса кода, формирователь импульсов, два триггера, два элемента И и элемент ИЛИ, причем первый вход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к первому входу регистра сдвига, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсо и uTopot входу блока сдвига совпадающих импульсов, третий вход которого по ключей к выходу регистра сдвига, при этом управляющие входы блока переключения подключены к выходам первого триггера, а выходы блока переключения подключены к разнозначным, счетным вхо дам реверсивного счетчика, первые выходы разрядов которого подключены ,к входам блока совпадения нулей, выходы блока цифрового задания апертуры подкл чены к первым входам цифрового компаратора, третий вход регистра сдвига под ключен к первому входу элемента ИЛИ И к входам установки г( нуль первого и второго триггеров, причем первый выход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к единичному входу второго триггера, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента И, и к входу формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, дополнительно введены триггер и элемент задержки, таким образом, что информационные входы блока переноса кода подключены к выходам всех разрядов реверсивного счетчика, младщис разряды которого подключены к вторым входам цифрового компаратора, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к третьему элемента ИЛИ, а выход формирователя импульсов подключен к управляющему входу блока переноса кода, при этом выходы блока сдвига совпадающих импульсов подключены к входам блока переключения, выход элемента ИЛИ подключен к единичному входу дополнительного триггера и через элемент задержки - к входа обкуления реверсивного счетчика, выход первого разряда которого подключен к нулевому входу дополнительного триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока совпадения нулей, а вьссод второго элемента И подключен к счетному входу первого триггера. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит реверсивный счетчик 1, регистр 2 сдвига, цифровой компаратор 3, блок 4 цифрового задания апертуры, генератор 5 импульсов, блок 6сдвига совпадающих импульсов, блок 7переключения, блок 8 переноса кода, блок 9 совпадения нулей, три триггера 10-12, два элемента И 13, 14, элемент ИЛИ 15, формирователь 16 импульсов и элемент 17 задержки. Входная клемма 18 подключена к первому информационному входу регистра 2 сдвига и к первому входу блока 6 сдвига совпадающих импульсов. Пусковая клемма 19 подключена к третьему входу обнуления регистра 2 сдвига, к первому входу элемента ИЛИ 15 и к нулевым входаь.г триггеров 10 и 11. Выходная клемма 20 соединена с третьим входом элемента ИЛИ 15 и подключена к выходу элемента И 13. Выходная клемма 21 подключена к выходу блока 9 совпадения нулей. Выходные клеммы 22 и 23 соедушены с управляющими входами блока 7 переключения и подключены к выходам триггера Ю. Выxozibi блока 8 переноса кода подключены к выходным клеммам 24. Работает устройство следуклцим образом. Если входной аналоговый сигнал, пропорциональный ислиеряемому параметр представлен в виде частоты следования импульсов j(t), то он поступает нэпосрйдственно на входную клемь 18. Если же измеряемый параметр влияет на изменение напряжения тока сопротивления, индуктивности и т.п. то эти изменения должны быть преобразованы в изменения частоты следования импульсов с помощью дополнительного преобразовател не пбказанного на чертеже. Регистр 2 сдвнга выполняет роль эталонной цифрово линии задержки. Импульсы входной последовательности импульсов с частогчэй W поступают на информоцйонный вход регис ра сдвига 2 и сдвигаются в нем импульсами тактовой частоты 0 от генератора импульсов 5. На выходе регистра сдвига 2 образуется последовательность импульсой с частотой f) (t-T)i сдвинутая по фаз на интервал времени Т относительнр вход ной после довагельносги. Время задержки ра но Т Npitpfrne lpj- емкость регистра сдвнга, to период следования тактовых сдвигающих импульсов. Если генератор импульсов 5 - кварцевый, с выеbicoft стабильностью, to время задержки является эталонным. Изменением периода -Ь следования импульсов генератора 5 и объема регистра сдвига можно в широком диапазоне изменять время задержки, Шходная последовательность импульсов .с частотой ) и задержанная последовательность импульсов f j(-t-T}noCiynaiar на входы блока 6, где они сдвигаются так, ш-об не бьшо их совпадений во времени, что необходимо для нормальной работы реверсивного счетчика 1. Блок 6 может бь№ь реализован, например, с пойой6 ю синхронизации одной входной последовательности импульсами тактовой частоты, а ;фугой входной последовательности.- импульсами с инверсного Еыхода генератора импульсов. Эти последовательности через блок 7. переключения посту-/ пают на разнозначные входы реверсивного счетчика 1. По сигналу пуск, поступающему но клемму 19, обнуляется регистр 2 сдвига, триггеры 10 и 11 устанавливаются в нулевое положение, и через элемент ИЛИ 15 и элемент 17 задержки 94 7 Обнуляется реверсивный счетчик 1. При этом сигналом на инверсном выходе триггера 10 блок 7 переключения устанавливается в прямое направление, при котором на вход сложение реверсивного счетчика 1 поступает входная последовательность импульсов j(t) , а на вход - вычитание - задержанная последовательность импульсов f J(t-T), Так как по сигналу пуск регистр с/шига был обнулен, то в течение времени Т на выходе регистра 2 сдвнга импульсы отсутствуют, и на реверсивный счетчик 1 поступают только импульсы входной последовательности f К (Ы которые суммируются в течения времени Т.За время Т в реверсивном , счетчике 1 обрадуется число имгсульсов: Т .N,-j (t)dt.Tf..U:), рде f хС средняя за время Т частота входных импульсов, являющаяся числовым эквивалентом начального значения измеряемого сигнала. После окончания интервала времени Т на выходе регистра 2 сдвига появляется первый импульс заде| жанной последовательности (t-T), который с первого выхода блока 6 поступает на единичный вход триггера 11. Сирналом с первого выхода триггера 11 открывается элемент И 13, который быд закрыт на время Т с момента пуска и не пропуская на выходную клемму 20 сигналы С выхода компаратора 3. По переднему фронту сигнала на прямом выходе триггера 11 на выходе формирователя 16 образуется импульс, по которому открывается блок 8 переноса кода, через который на выходные клеммы 24 поступает с выходом разрядов реверсивного счетчика 1 код Мч начального абЬоиютио го значения измеряемого сигнала. Затем сигнал с )выхрда формирователя 16 через элемент ИЛИ 15, задержанный в элементе 17, о&1уляет реверсивный счетчик 1. С этого момента на вход вычитание реверсивного счетчика 1 начинает поступать задержанная последовательность ил пульсов f ()H в реверсивном счетчике 1 начдаает интегрироваться текущее риращение входной частоты за время Т. Текущее приращение числа импульсов в счетчике 1 равно:, Ь N))-ix()dtij.5yit)at-H;ti)t; 94 Vt - т - среднее значение за где 1 j(4v,/-|время Т первой производной входного сигнала. Таким образом, на выходе реверсивного счетчика 1 формируется непрерьюно изменяющийся код, гропорциональный приращению ВХОДНОЙ частоты с момента окон чантш времени Т. Текущий код с выходов младших разрядов реверсивного счетчика 1 срав1гавается непрерывно с кодом апертуры, задаваемым блоком 4. При достиж нии числом импульсов, пропорциональным текущек у приращению входного сигнала заданной апертуры ДЫ (-t) - NQ срабатьтает шгфровой коктаратор 3, сигнал с выхода которого поступает через элемент И 13 на выход тую клемму 2О, опреде/шя момент очередного существенного : отсчета. По этому сигналу через элемент ИЛИ 15 и элемент 17 задержки обнуляется реверсивный счетчик 1 и начинаеач я новый цикл формирования в счетчике 1 кода текущего приращения, начиная с момента предыдущего сущест венного отсчета, так как величина апертуры, определяемая в зависимости от тре%емой погрешности аппроксимации Восстановления функции по ее квантованныл 1 значениям, выбирается постоянной, то частота квантования сигнала, определяемая частотой импульсов существенны отсчетов на выходе компаратора 3, за- виси1 от скорости изменения входного . . Так, если входной сигнал меняется медленно, то его приращение мал и время достих ения заданной апертуры увеличивается, следовательно, уменьшается частота квантования измеряемой функции. Когда же скорость изменения входного сигнала возрастает, то увеличи вается и его приращение. При этом время достижения заданной апертуры умень шается, т.е. увеличивается частота кван тования входной функции. Этим обеспечивается адаптивное иэменение частоты квантования входной функции в зависимости от скорости изменения входного сигнала. Благодаря точному шасфровому способу определения моментов достижения текущим приращением заданной апертуры, т.е. уровней кв.антования, отпадает необходимость в записи кодов абсолютных значений входного сигнала в моменты существенных отсчетов. Для восстановления измеряем

функции достаточно знать начальное значение преобразованного сигнала и коды привязочного сигнала (аргумента функсущественных отсчетов.

Запрет сигналов на выходе блока 9 при установке в нуль реверсивного счет78ции), например, времени, глубины и т.д. Так, например, для восстановления функции вертикального распределения температуры воды по глуйте моря, достаточно измерить начальное значение температуры и соответствующей ей глубины, а затем в моменты существенных отсчетов измерять только текущее значение глубины. При изменении знака приращения функции, код в счетчике 1, переходит через нуль. При этом срабатывает блок 9 совпадения нулей, по сигналу на выходе которого триггер 10 перебрасьюается в положение, при котором сигналом на прямом его выходе блок 7 переводится в нмверсное положение. При этом меняются местами выходь блока 7, и на вход сложение счетчика 1 начинает поступать большая по величине задержания последовательность импульсов. Управление таким образом блоком 7 переключения позволяет независимо от знака приращения иметь на выходах разрядов счетчика 1 всегда прямой код модуля приращения, что упрощает процесс сравнения его с апертурой. При этом знак кода приращения опред4эляется сигналом на одном из выходов триггера Ю, постулакщих на выходные клеммы 2О или 21. Для истслючения ложных срабатьгоаний блока 9 при обнулении счетчика 1, каждым импульсом с выхода элемента ИЛИ триггера 12 устанавливается в единичное положение, при котором элемент 14 закрывается, и не пропускает импульс блока 9 при поступлении сигнала на вход сброса счетчика 1 с выхода элемента задержки 17. Входом с первого разряда счетчика после поступления первого импульса на счетный вход счетчика 1 триггер 12 переходит Б .состояние, при котором элемент И 14 открывается. Благодаря совмещению функции формирования начального кода измеряемого сигнала и формирования кода текущего приращения входного сигнала в одном реверсивном счетчике упрощается по сравнению с известным, схемная реализация устройства. Кроме того, повьпиается эффективность его работы за счет дополнительного сжатия информации с помслцью такой организации сбора данных , при которой отпадает необходимость в регистрации кодов измеряемого параметра в мо1менты

чика позволяет исключить систематическую ошибку, связанную с начальной . установкой 1 в счетчик, необходимой для известного, и доходящую при смене знака до двух единиц младшего разряда.

Наиболее целесоофазно использование такого устройства в автономных зонаирующик комплексах для адаптивного сжатия гидрологических параметров при измерении вертикального распределения, например, температуры, электропроводности и т.п. с привязкой их к глубине.

Формула изобретения

Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий реверсивный счетчик, регистр сдвига, цифровой компаратор, блок цифрового задания апертуры, блок сдвига совпадающих импульсов, блок переключения, генератор импульсов, блок совпадения нулей, блок переноса кода, формирователь импульсов, два триггера, два элемента И, и элемент

ИЛИ, причем первый вход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к первому входу регистра сдвига, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, и ко второму входу блока сдвига совпадающих импульсов, третий вход которого подключен к выходу регистра сдвига, при этом управляющие входы блока переключения подключены к выходам первогч) триггера, а выходы блока переключения подключены к разнозначным счетным входам реверсивного счетчика, первые выходы разредов которого подключены к входам блока совпадения нулей, выходы блока цифрового задания апертуры подключены к первым входам цифрового компаратора-, третий вход регистра сдвига подключен к первом входу элемента ИЛИ и к входам установки в нуль первого и второго триггеров, причем первый выход блока сдвига совпадающих импульсов подключен к вднни Ь ному вхооу второго триггера, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента Инк входу формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства,, в него введены дмтолнительный триггер и элемент задержки, таким образом, что информационные входы блока переноса кода подключоны к выходам разрядов реверсивного счетчика младшие разряды которого подключены к вторым входам цифрового компаратора, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого подключен к третьему входу элемента ИЛИ, а выход формирователя ими пульсов подключен к управляющему входу блока переноса кода, при этом выходы блока сдвига совпадающих импульсов подключены к входам блока переключения, выход элемента ИЛИ подключен к единичному входу дополнительного триггера и через элемент задержки - к входу об Е1уления реверсивного счетчика, выход первого разряяа которого подключен к нулевому входу дополнительного триггера, инверсный выход которого подключен к первому BXOW второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока совпадения нулей, а выход второго элемента И подклюгцен к счетному входу первого триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 443479, кп. Н 03 К 13/20, 1974.

кл. Н ОЗ К 13/02, О5.06.8О. W r,(tl