Устройство определения максимальных значений случайного процесса Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специа- лизированным средствам вычислительной техники и может быть применено для определения параметров случайных процессов.

Известно устройство определения максимального числа в последовательности случайных чисел, содержащее аналогичные ключи, счетчики, триг-гер, логические схемы совпадения 1.

Однако это устройство определяет только одно максимальное значение, кроме того, оно работает с число-импульсными последовательностями.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство определения максимальных значений случайных процессов, содержащее усилитель, элементы сравнения, формирователи импульсов, элементы И и элементы ИЛИ, триггер, дифференцирующий элемент и блоки регистрации. Элементы сравнения в известном устройстве фактически представляют собой набор пороговых устройств с различными уровнями порога. В блоках регистрации накапливсцотся значения, представляюи не собой гистограмму распределения пиковых значений случайного процесса 2.

Однако известное устройство не позволяет получить конкретные значения уровней максимумов случайного процесса необходимых для уст-. ройств обработки сигналов в шумах.

Цель изобретения - получение абсолютных значений h максимумов слу10чайного процесса.

Для достижения этой цели в устройство определения максимгшьных значений случайного процесса, содержащее п элементов сравнения,

15 (п - 1) элементов И, элемент дифференцирования J формирователь импульсов, п триггеров, введены п ключей, п детекторов, блок управления минимума, элемент задержки, при

20 этом выход элемента дифференцирования через последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент задержки подключен к С-входам триггеров, выходы которых соединены

25 с соответствупщими п входами блоков управления, (п + 1) и (п ч- 2)-ой входы, которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, п выходов блока управления

30 подключены соответственно к первым

входам n ключей, вторые входы которых объединены с первым входом элемента дифференцирования и являются третьимвходом устройства, выходы ключей подключены соответственно к первым входам пиковых детекторов, вторые входы Koxopajjt объединены и соединены с (п 1)-ым выходом блоки управления, (п + 2)-ой выход которого подключен к второму входу элмента дифференцирования, 1-ый вход блока определения минимума объединен с первым входом соответствурцег элемента сравнения и соединен с выходом соответствующего пикового детектора, вторые входы элементов .сравнения объединены и подключены к выходу блока определения минимума, прямые выходы элементов сравнения, кроме первого, соединены с первыми входами соответствующих элементов И выходы которых подключены к D-входам триггеров, прямой выход первого элемента сравнения соединен с D-входом первого триггера, инверсные выходы 1-го элемента сравнения подключены к (1 + 1) входам элементов И, соответственно с 1-го по (п - 1)-ый.

Кроме того, блок управления содержит два RS-триггера, элемент И, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов, регистр сдвига, переключатель, при этом выход генератора тактовых импульсов подключе к первому входу элемента И, второй вход которого объединены с входом . формиров ателя импульсов и соединен с единичным выходом первого RS-тригг.ера, S-вход которого является (п + 1)-ым входом блока, R-вход первого триггера объединен с R-BXOдом второго триггера и является (п + 2)-ым входом блока, выход элемента И подключен к первому входу регистра сдвига, второй вход которо го соединен с выходом формирователя импульсов и является (п + 2}-ым выходом блока, п выходов.регистра сдвига подключены. к управляюгдим входам переключателя, (п + 1)-ый управляющий йход которого соединен с единичным выходом второго RS-триггера,. S-вход которого подключен к (п + + 1)-му выходу регистра сдвига, нулевой выход второго триггера является (п + 1)-ым выходом блока, информациойные входы переключателя являются rf-ми входами блока, выходы переключателя являются п-ми выходами блока.

На фиг;1 представлена функциональная схема устройства определения максимальных значений случайного процесса; на фиг,2 - функциональная схема блока управления ; на фиг,3 диаграммы напряжений в различных . точках устройства,

Устройство определения максималь ннх значений случайного процесса содержит формирователь 1 импульсов, п ключей 2,1, 2.2,,,,,2,п, п пиковых детекторов 3.1, 3.2,..,,3,п, п элементов 4.1, 4.2,.,., 4. срав нения, п - 1 элементов И 5,1,.., 5.П-1, п триггеров 6.1, 6.2,,,., б.п, блок 7 управления, элемент 8 задержки, блок 9 определения минимума, элемент дифференцирования 10.

Блок управления содержит переключатель 11, второй RS-триггер 12, генератор 13 тактовЫх импульсов, первый RS-триггер 14, элемент И 15, формирователь 16 импульсов, регистр 17 сдвига.

Устройство работает следующим образом.

Для определения максимальных значений используется п каналов, в состав Кс1ждого из них входит ключ 2,1, пиковый детектор 3,1, элемент 4,i сравнения, элемент И (5,1 - 1), имеющий i входов (кроме первого ) и 0-триггер 6.1, Устройство посгроено таким образом, чтобы постоянно был открыт только один 1-й ключ в том канапе, где напряжение на пиковом детекто.е наименьшее среди всех пиковых детекторов (дежурный канал). Это минимальное напряжение отбирается блоком определения минимума 9 и поступает на все вторые входы элементов 4,1, 4,2,,,, 4,п сравнения. На первые входы элементов 4,1, 4,2,,,,,4,п сравнения поступают соответственно напряжения с пиковых детекторов 3,1, 3,2,,,,, 3,п, В элементе 4,1 сравнения дежурного канала разность напряжений на входах примерно равна нулю и на прямом выходе такого элемента сравнения будет напряжение логической 1, на прямых выходах всех остальных элементов сравнения будут напряжения логического О, Предположим вначале, что элементы И (5,1), (5,п - 1) отсутствуют. Тогда логическая 1 с элемента 4,i сравнения дежурного канала записывается в D-триггер 6,1 и поступает через блок 7 управления на управляющий вход i-ro ключа 2,1, поддерживая его в открытом состоянии, В какой-то момент времени напряжение случайного процесса, поступающее через ключ 2,1 на пиковый детектор 3,1, превысит напряжение, которое хранится в этом пиковом детекторе, запоминающий элемент детектора подзарядится до нового значения напряжения и это напряжение уже перестанет быть самым минимальным. Блок 9 определения минимума выделит на своем выходе минимальное напряжение с другого, j-ro пикового детектора 3,j, на выходе j-ro элемента 4 сравнения, -появится напряжение логической 1, которое запишется в J-й триггер 6.J и будет поступать через блок 7 управления на управляющий вход j-ro ключа 2,j, поддерживая его в открытом состоянии и т.д. В результате такого процесса на п пиковых детекторах будут выделяться п сакых максимгшьных значений процесса за определенный интервал времени.

Рассмотрим подробнее процесс переключения канаилов. Предположим, что в данный момент времени имеет место максюлум случайного процесса (например «/. , фиг.За). Уже на переднем склоне максимального пика напряжение превысило то, что было записано в i-M пиковом детекторе 3.1. Если в этот момент произвести переключение каналов с i-ro на j-ый, то на том же переднем склоне пика напряжение может превысить и напряжение, записанное в j-м пиковом детекторе 3.J и т .д. Таким образом, на склоне одного максимального пика может произойти ряд переключений каналов и вместо п максимальных значений будет записан ряд уровней по переднему склону пика. Чтобы этого не произошло имеется система формирования импульсов переключения каналов, состоящая из элемента 10 дифференцирования, формирователя 1 импульсов и элемента 8 задержки. Работу этого устройства можно проследить по диаграммам (фиг.З).

В момент, когда случайный процес достигает максиг ма в одном из пиков, производная этого процесса равна нулю и, следовательно, напряжени на выходе элемента 10 дифференцирования пересекает нулевой уровень в каком-либо направлении. В этот момент формирователь 1 импульсов вырабатывает короткий импульс (фиг.Зи Этот импульс поступает на элемент 8 задержки, где задерживается на время f (фиг. 3 к) Если в момент, предшествующий некоторому пику напряжения был включен 1-й канал, то переключения каналов не произойдет, пока этот пик не запишется в соответствующий пиковый детектор 3.1. Даже если на выходе j-й схемы сравнения 4.Jпоявится логическая 1, то она не запишется в соответствующий триггер б, пока не придет импульс с элемента 8 задержки, который поступает на С-входы (тактовые) триггеров 6.1,6.2,..., 6.п. Время задержки 7 выбирается исходя из верхней частоты спектра случайного процесса Т 1/21 верхМогут быть случаи, когда на- двух или более пиковых детекторах записаны одинаковые минимальные уровни. Во избежание одновременного включения двух или более каналов в дежурный режим используется приоритетный выбор, который реализуется при помощи элементов И. В случае одновременного появления на выходах элементов 4.1, 4.2,..., 4.П сравнения нескольких логических 1 на триггеры 6.1, 6.2,..., 6.П записывается только одна логическая 1 с того элемента 4.1, 4,2,..., 4.п сравнения, который имеет наименьший номер. Если логическая 1 появилась на

0 прямом выходе первого элемента 4.1 сравнения, то логический О с инверсного выхода той же схемы блокирует все элементы И 5.1, . 5.2,..., 5.П-1. Соответственно, в случае по5явления логическо. 1 на выходе второго элемента 4.2 сравнения блокируются элементы совпадения с 5.2 по 5.П-1, и т.д.

Блок 7 управления выполняет следующие функции: при подаче импульса Пуск сбрасываются в нуль все пиковые детекторы, выходы тригге-. ров 6.1, 6.2,..., 6.П отключаются от управляющих входов ключей 2.1,

5 2.2,..., 2.П и к этим входам поочередно подключается потенциал логиВ течение сравнительно

ческой

короткого времени на всех пиковых детекторах записываются некоторые

0 значения случайного процесса, которые считаются исходными, после этого ко входам управления ключей 2.1, 2.2,..., 2.П подключаются выходы триггеров 6.1, 6.2,..., 6.П, и уст5ройство начинает накапливать максимальные значения.

Для обеспечения такого функционирования блок 7 управления содержит вышеперечисленные узлы. Импульс Пуск поступает на R-вход тригге0ра 14, на выходе которого появляет- ся напряжение логической 1, открывающее элемент И 15, т.е. разрешает прохождение импульсов с генератора 13 тактовых импульсов на регистр

5 17 сдвига. Одновременно по передне1му фронту импульса триггера 14 формирователь 16 импульсов вырабатывает короткий импульс, который с выхода формирователя 16 поступает на ин-0формационный вход регистра 17 сдвига, в КОТОРОМ по этому импульсу записываеься 1 в первую ячейку регистра и О во все остальные. Короткий импульс с выхода формирова5теля импульсов 16 используется также как импульс установки в нуль пиковых детекторов 3.1, 3.2,..., З.п. В этот момент напрямом выходе триг гера 12 находится напряжение логи-.

0

О

при этом переключатель

ческого

11 -пропускает на выходы потенциалы с выходов ячеек регистра 17 сдвига. В это же время потенциал логической 1 с инверсного выхода триггера 12 блокирует работу элемента 10

дифференцирования. По мере поступления через элемент И 15 тактовых импульсов от генератора 13 на тактовый вход регистра сДвига 17 логическая 1 будет постепенно передвигаться от первой ячейки до n-ft. При этом будут включаться по очереди ключи 2.1, 2.2,..., 2.П, и пиковые детекторы 3.1, 3.2,..., З.п зарядятся до некоторых исходных значений напряжений (разных ). Вместо такого предварительного режима можно вместо разряда пиковых детектот ров до нуля перезаряжать их на некоторые исходные напряжения, но повидимому это схематически сложнее. На (п + 1)-ом такте работы регистра 17 сдвига напряжение логической 1 появится в (п + 1)-ой ячейке, а значит на S-входе триггера 12, на прямом выходе триггера 12 появляется напряжение логической 1, которое поступает на электронный переключатель 19 и ток пропускает на выходы потенциалы, находящиеся на входах, которые, в свою очередь, поступают с триггеров 6.1, 6.2,..., 6.П основного устройства. С этого момента начинается рабочий режим всего устройства определения максимальных значений. Одновременно на инверсном выходе триггера 12 появляется потенциал логического О, и элемент 10 дифференцирования деблокируется и весь тракт формирования импульсов записи для триггеров 6.1, 6.2,..., 6.П, элемент 10 дифферен/цирования, формирователь 1 импульсов и элемент 8 задержки начинает функционировать.

Па фиг.З показан процесс работы устройства .для трех каналов (п 3). Начало координат по оси t соответствует импульсу Пуск. Диаграммы б, в, г.показывают последовательное переключение каналов при работе регистра 17 сдвига. При этом напряжения на пиковых детекторах достигает максимальных значений, которые попадаются на коротких интервалах времени между тактовыми импульсами генератора 13 диаграммы д, е, ж. В дальнейшем, как видно по диаграммам, на пиковых детекторах запоминаются глобальные максимумы d f fb, 1р. Работа всего устройства продолжается до прихода импульса Стоп. При этом триггеры 1.4 к 12 возвращаются в исходное состояние (нули на прямых выходах), переключатель 11 подключает управляющие входы ключей 2.1, 2.2,-..., 2.П к выходам регистра 17 сдвига где на всех ячейках будет потенциал логического О (это происходит потому, что 1, записанная вначале, выходит из регистра, а запись новой информации не производится), Таким об

разом, все ключи 2.1, 2 . 2 ,,,.,/, п будут закрыты и на пиковых летнкторах 3.1, 3.2,..., З.п будут храниться напряжения глобальных максимумон ct; /Ь, f и пр. до П{жхода слпдующего импульса Пуск. Эти напряжения затем могут быть введены в вычислительную машину или специализированное устройство для дальнейшего использования .

0 Таким образом, путем введения в устройство п ключей, п пиковых детекторов, блока управления, блока определения минимума элемента задержки достигается получение набора абсолютных значений- п максимумов случайного процесса.

Несмотря на сложную логику работы устройство определения максимальных значений случайного процесса

« реализуерся достаточно компактно. Например, для m 8 потребуется порядка 35 микросхем и 50 - 60 RC-злементов.

Формула изобретения

1. Устройство определения максимальных значений случайного процесса, содержащее п элементов сравне0 ния, (п - 1) элементов И, элемент дифференцирования, формирователь импульсов, п триггеров, отличающееся, тем, что, с целью определения абсолютных значений п максимумов случайного процесса, в него введены п ключей, п детекторов, блок управления, блок определения минимума, элемент задержки, при этом выход элемента дифференцирования через последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент задержки подключен к С-входам триггеров, выходы которых соединены с соответствующими п входами блока управления, (п + 1) и (п + 2)-ой входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, п выходов блока управления подключены соответственно к первым входам п ключей, вторяе входы которых объединены с первым входом элемента дифференцирования и являются третьим входом устройства, выходы ключей подключены соответственно к первым входам пиковых детекторов, вторые входы которых объединены и соединены с (п + 1)-ым выходом блока управления, (п + 2)-ой выход которого подключен к BTopdMy входу элемента дифференцирования,

1-ый вход блока определения минимума объединен с первым входом соответствующего элемента сравнения и соединен с выходом соответствующего пикового детектора, вторые входы элементов сравнения объединены и под{сличены к выходу блока определения минимума, прямые выходы элементов сравнения, кроме первого, соединены с первыми входами соответствую111их элементов Н, выходы которых подключены к D-входам триггеров, прмой выход первого элемента сравнения соединен с D-входом первого триггера, инверсные выходы т-го элемента сравнения подключены к (i + + входам элементов И, соответственно с i-ro по (п - 1)-й.

2. Устрсэйство поп, 1, отличающееся тем, что блок управления содержит два RS-триггера, элемент И, генератор тактовых им пульсов, формирователь импульсов, регистр сдвига, переключатель, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу элемента И, второй вход которого объединен с входом формирователя импульсов и соединен с единичным выходом первого RS-триггера, S-вход которого является (п 4- 1)-м входом блока, R-вход первого триггера объединен с R -входом второго триггера и является (п + 2)-м входом блока, выход элемента И подключен к первое му входу регистра сдвига, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульсов и является (п + 2)-ым выходом блока, п выходов регистра сдвига подключены к управляющим ёходам переключателя, (п + + 1}-ый управляющий вход которого

0 соединен с единичным выходом второго RS-триггера, S-вход которого :. подключен к (п + 1)-му выходу регистра сдвига, нулевой выход второго триггера является (п 4- 1)-м выходом блока, информационные входы

5 переключателя являются л-ми входами блока, выходы переключателя являются п-ми выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

1,Авторское свидетельство СССР № 369572, кл, G 06 Р 15/36, 1971,

2,Авторское свидетельсвто СССР

№ 491953,кл, G Об К 15/36,1972 (прототип) ,

5