Устройство для определения экстремумов Советский патент 1982 года по МПК G01R19/04 G06G7/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМУМОВ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для ана лиза параметров случайных электрических сигналов Известно устройство, работа которо го основана на сравнении двух после..довательных выборок исследуемого нала, содержащее аналоговый запоминаю щий блок, компаратор, триггер, ли нию задержки, генератор импульсов, распределитель импульсов, логические элементы И-НЕ, ИЛИ, формирователь импульсов и цифровой вольтметрГ . Данное устройство работает на фиксации изменения знака разности между стробируе 4ым текущим и дИскретизированным предыдущим значениями сигнала. Численное дифференцирование в устройстве осуществляется за два такта, а количество прецизионных аналоговых узлов уменьшено. В силу этого частотный диапазон устройства расширен сверху, однако в целом является срав нительно ограниченным. t1 аи бол ее близким к предлагаемому является устройство для определения экстремумов, содержащее аналоговый запоминаний блок, двухтактный распределитель импульсов, генератор прямоугольных импульсов, схему сравнения, формирователь импульсов сброса, формирователь строб-импульса, инвертор, селектор, блок индикации , суммируиций элемент, делитель частоты 2 3. Известное устройство работает с переменным шагом дискретизации (так называемая адаптивная дискретизация ) и поэтому имеет более широкий частотный диапазон за счет снижения его нижнего предела. При адаптивной дискретизации вы- . борка значений входного сигнала U(t) осуществляется не в каждом периоде работы генератора прямоугольных им98когда выполпульсов, а лишь тогда, няется условие U{t)Tn- ri dUK где п - необходимое для вьшолнения условия (1) число периодов двумя анализируемыми блоком индикации выборками; Тр-п - шаг дискретизаци. При переменном значении u(t) шаг дискретизации является также переменной величиной. В таком устройстве частотный диапазон снизу существенно расширен, но по-премнему остается недостаточным для анализа медленно меняющихся элек рических сигналов. Расширению частотного диапазона снизу препятствует максимальный шаг адаптивной дискр тизации, который должен удовлетворят условию п TO , где время хранения выборки аналогового запо минающего блока. Ограничение частотного диапазона сверху для этого устройства обусловлено тем, что минимальный шаг дискре тизации Т, являющийся критерием быс родействия и фазовой погрешности, ограничен в соответствии с условием Тр . где 1щ„5-время выборки аналогового запоминающего блока;, Л tx - время срабатывания компаратора. При этом задерк ка включения цифро вых схем не учитывается в силу ее ма лости. Кроме того, для известного устрой ства ограничен выбор (в качестве измерительного блока цифро-аналоговог преобразователя, так как его время преобразования меньше минимального шага дискретизации. Наличие дополнительных аналоговых узлоп в известном устройстве (суммир ющий элемент, компаратор аналогового типа, аналоговый запоминающийся блок создает дополнительные аппаратурные погрешности в определении экстремумов . Цель изобретения - расширениеочас тотного диапазона и повышение точности определения экстремумов. Поставленная цель достигается тем что устройство для определения экстр мумов, содержащее генератор прямоурольных импульсов, формирователь строб-сигналов, выход которого соеди нен с тактовым входом селектора, схе му сравнения, выход которой соединен с первыми входами блока и;« кации и селектора и с входом инвертора, выход которого соединен с вторыми входами блока индикации и селектора, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом блока индикации,, дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, запоминающий регистр, регистр экстремальных значений , задатчик добавоч.ного кода, сумматор-вычитатель, элемент ИЛИ, элемент цифровой задержки и элемент И, первый вход которого соединен с вторым выходом селектора, второй вход с первым выходом элемента цифровой задержки, а выход - с управляющим входом запоминающего регистра, вход аналого-цифрового преобразователя 1вляется входом устройства, информационный выход аналого-цифрового преобразователя соединён с информационными входами регистра экстремальных значений и запоминающего регистра, а также с первым.входом схемы сравнения, выходы запоминающего регистра .и задатчика добавочного кода соединены с соответствующими информационными входами сумматора-вычитателя, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, синхронизирующий выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом формирователя строб-сигналов, выход которого соединен с ,управляюи1им входом генератора прямоугольных импульсов и с входом элемента цифровой задержки, второй выход которого соединен с установочным входом селектора, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с упрааляюи1им уходом сумматора-вычитателя, а первый и второй выходы блока индикации через элемент ИЛИ связаны с управляняцим входом регистра экстремальных значений. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства и выполнение отдельных узлов; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, формирователь 2 стро{5-сигнала, генератор 3 .прямоугольных импульсов, запоминающий регистр k, задатчик 5 добавочного кода, регистр 6 экстремальных значений, сумматор-вычитатель 7, схему 8 сравнения, элемент 9 цифровой задержки, инвертор 10, блок 11 индикации, селектор 12, элемент ИЛИ 13, элемент И Н. Блок,11 индикации содержит синхронизируемый триггер 15, формирователи 16 и 17 импульсов..Селектор 12 содержит элементы И 18 и 19, тряггеры 20 и 21, элемент 22 задержки, элемент И-НЕ 23, элемент И 24. Устройство работает по принципу численного дифференцирования с предварительным преобразованием входного сигнала в код, выполняя при этом функ ции определения f-OMeHTOB появления экстремума и выдачу экстремальных зна чений входного сигнала в циЛробом коде. Результат дифференцирования с момента появления экстремума вырабатывается за два такта последовательных выборок кодированных значений сиг нала, причем выборка этих значений осуществляется при адаптивной дискретизаиии по уровню. Устройство работает следующим образом. Входной электрический сигнал U(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя ЛЦП 1. Каждое новое кодированное значение N(t) входного сигнала устанавливается на информационном выходе АЦП 1 в момент появления короткого импульса Конец измерения КИ на его синхронизирующем выходе (фиг. 2а). По срезу импульса КИ срабатывает формирователь 2 строб-сигнала, который вырабатывает сигналы, определяющие временной интервал наблюдения длительности Т((фиг. 2с). Строб-сигналы запускает генератор 3 прямоугольных и 1Пульсов, работаю1чих в ждущем режиме. Выходной сигнал генератора 3 (фиг. 2 d) на интервале Т рПринимает значения Ч и О и поступает на управляющий вход сумматора-вычитателя 7, который ;При этом сначала выполняет операцию суммирования, а затем операций вычитания его входных цифpOBbix кодов. На первый информационный вход сумматора-вычитателя 7 воздействует при произвольно выбранном моменте времени i+n предыдущее кодированное значение Ni(Т) входного сигнала, а на вторые его информационные входы - постоянное (установочное ) значение кода лН с выхода задатчика 5 При этом на выходе сумматора-вычитателя 7 в такте суммирования появляется код М(Т), а в такте вычитания N(T) -ЛМ. , Схема 8 сравнения пройзводит сравнение двух п-разрядных чисел, одно из которых N (i +п) поступает с информационного выхода ЛЦП 1, а второе ступенчато-изменяющееся Nj(TJ + лЫ, HI (т) -дМ - с выходов сумматоравычитателя 7. , При этом возможны следующие случаи. В моменты сравнения 0,2, 6, 9, 12, 15 (фиг. 2) . . N(T) + 4N N(i -«. п) М(Т) -4N N(i-+ п) В моменты сравнения 1, 3, . 5, 7 П, 13 . . Ni(T) -н лН N(i +п) Ni(T) - дМ N(i 4 п) В моменты сравнения 8, 10, Hi{T)+ йП N() NI(T)- ЛН МО + п) Установка значения добавочного цифрового кода л N производится согласно условия лН л NnoM где /: Нпогл цифровой код помехи , пpиcVтcтвyющий на информационных выходах АЦП 1. Выходной сигнал схемы 8 сравнения анализируется селектором 12, который является управляющим узлом , реали-зуюи(им адаптивную дискретизацию кодированных значений N(t) входного сигнала. В первом случае схема 8 сравнения на интервале I, -изменяет состоя|| | л т ., t ие из 1 в О или из О в М и, воздействуя на прямой и инверсный (через инвертор 10) входы селектора 12, изменяет состояние из 1 . в,О или из О в -Г и, воздействуя на прямой и инверсный (через, инвертор 10) входы селектора 12, изменяет. положение его RS-триггеров 20 и 21 из О в 1. В результате этого для рассматриваемого случая 1 упревЛЯЮ1ЧИЙ выход селектора 12 (выход элемента И-НЕ 23) принимает состояние Ol, чем блокируется формирование синхронизирующего импульса (выход элемента И 2k, фиг. 2 а), а также не обеспечиваются условия для срабатывания элемента И по окончании стробсигнала. Во втором случае схема 8 сравнения на интервале Т,рне переключается из О в 1 (или наоборот), а находится в каком-то одном определенном состоянии , установленном на интервале действия импульса КИ. В этом случае селектор 12 вырабатывает синхронизирующий импульс (выход- элемента И 2, фиг. 2е}, а также разрешающий потенциал 1 на управляющем выходе (выход И-НЕ 23), наличие которого обеспечивает срабатывание формирова79теля t управляющего импульса( фиг,2 от импульса, возникающего на первом выходе элемента 9 цифровой задержки по концу Tj.Импульсом с выхода формирователя Т4 разрешается выборка в запоминающий регистр 4 кодированного значения NCt с информационных вы. ходов АУП 1. В следующий момент времени осуществляется сброс RS-триггеров 20 и 21 селектора 12 импульсом фиг. 2Э со второго выхода элемента 9 цифровой задержки, формирующимся вслед за импульсом с его первого выхода. Таким образом, выборка значения N (t} в запоминающий регистр k проно в каждом цикле, а тольизводитсяко тогда. когда выполняется условие M(i-ni)-N IT) 7,ut4, (2) где n может принимать любое значение натурального ряда чисел, так как цифровые элементы памяти (регистры) способна долговременно хранить записанную в них информацию. Таким образом, снимается ограничение снизу частотного диапазона. Ограничение сверху частотного диапазона зависит только от быстродействия применяемого АЦП. формирование моментов экстремума производится с помощью блока 11 инди кации по изменению знака производной При этом (моменты 8, 11 и k фиг. 2 ) срабатывает RS-триггер 15, в результате чего один из формирователей (16 или 17 вырабатывает импульс (фиг. 2 отмечаю1чий момент появления максимума или минимума. Этот же импульс через схему ИЛИ 15 поступает на вход синхронизации регистра 6 экстремальных значений, обеспечивая ему прием Экстремального кодированного знач ния Ыо.,рВыходного сигнала АЦП 1, Использование изобретения повышае точность и расширяет частотный диапазон предлагаемого устройства. Формула изобретения Устройство для определения экстре мумов, содержащее генератор прямоугольных импульсов, формирователь строб-сигналов, вь1ход которого соеди нен с тактовым входом селектора. 9 схему сравнения, ВЫХОД которой соединен с первыми входами блока индикации и селектора и с входом инвертора, выход которого соединен с втотрыми входами блока индикации и селек тора, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом блока индикации, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения точности определения экстремумов, устройство дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, запоминающий регистр, регистр экстремальных значений , задатчик добавочного кода, сумматорвычитатель, элемент ИЛИ, элемент цифровой задержки и элемент И, первый вход которого соединен с вторым выходом селектора, второй вход - с первым выходом элемента цифровой задержки, а выход - с управляющим входом запоминающего регистра, аналогоцифрового преобразователя является входом устройства, информационный выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами регистра экстремальных значений и запоминающего регистра, а также с первым входом схемы сравнения, выходы запоминакйцего регистра и задатчика добавочного кода соединены с соответствующими .информационными входами сумматора-вычитятеля, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения , синхронизирующий выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом формирователя стробсигналов, выход которого соединен с управлякхцим входом генератора прямоугольных импульсов и с входом элемента цифровой задержки, второй выход которого соединен с установочным входом селектора, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с уп|эавляющим входом сумматора-вычитателя, а первый и второй выходы блока индикации через элемент ИЛИ связаны с управляющим входом регистра экстремальных значений. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №838702/2, кл.С 01 R , 1978. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке W 2772929, кл„ G 01 R 19/04, 1979 (прототип).

ll

/)

Фиг.г

i

ffi

iS

//

/9

К

h

ti

1

.min

.max