DE2505388C2 - Anordnung zur logarithmischen Umwandlung eines Meßwertes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist in der DE-OS 23 12 128 beschrieben. Die Kennzahl wird dabei aus dem gesamten Meßwert bestimmt, und als Mantisse werden eine vorgegebene Anzahl der höchststelligen Dualziffer mit dem Wert »1« folgenden Dualziffern an die Kennzahl angehängt

In manchen praktischen Anwendungsfällen kann es jedoch erwünscht sein, die Darstellung der Meßwerte an die jeweilige Gegebenheit anzupassen. Dazu gehört nur einen kleinen Bereich aus der Gesamtheit der möglichen Meßwerte zur Erhöhung der Auflösung auf den Gesamtbereich der Darstellung abzubilden. Ein solcher Bereich wird mit Dynamikbereich bezeichnet, und die optimale Wahl sowohl der Größe bzw. des Umfangs des Dymanikbereichs als auch dessen Lage innerhalb der Gesamtmenge der Meßwerte kann von der Meßaufgabe abhängen. Wenn z. B. der Betrag des Spektrums eines elektrischen oder akustischen Signals dargestellt werden soll, kann es für eine hohe Auflösung des Betragswertes in einem bestimmten Spektralbereich erforderlich sein, die ganze zur Verfügung stehende Skala (z. B. die vertikale Ablenkung auf einem Oszillographenschirm) für einen Gesamtbereich von beispielsweise 12 dB zu verwenden, während bei einem Oberblick über das gesamte Spektrum auch die Nebenlinien geringer Intensität erscheinen sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, di" eingangs genannte Anordnung so auszugestalten, daß eine einfache Wahl sowohl der Lage als auch des Umfangs des Dynamikbereichs der darzustellenden Meßwerte möglich ist Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. Zur Bildung der Kennzahl werden also nur die Stellen der zugeführten Dualzahl entsprechend der gewählten Lage des Dynamikbereichs aus dem Meßwert herausgenommen und als vollständige umzuwandelnde Dualzahl betrachtet, während die Mantissenbildung unabhängig von der Dynamikbereichsvorwahl erfolgt. Dabei können von dem Meßwert entweder nur die niedrigsten, nur die höchsten oder höchste und niedrigste Stelle weggelassen werden. Von der so gebildeten Kennzahl werden zur Wahl des Umfangs des Dynamikbereichs die höchsten Stellen weggelassen und ggf. niedrigere Stellen der Mantisse hinzugefügt, was eine Kommaverschiebung im gebildeten Logarithmus darstellt, und dies entspricht wiederum einer scheinbaren Multiplikation der Meßwerte im gewählten Dynamikbereich mit ganzzahligen Potenzen der Basis 2.

Bei der Wahl eines relativ kleinen Dynamikbereichs kann es vorkommen, daß einige umzuwandelnde Meßwerte diesen Bereich über oder unterschreiten und dann naturgemäß nicht mehr richtig umgewandelt werden können. Andererseits sollte aber wenigstens die Tatsache des Über- oder Unterschreitens möglichst übersichtlich dargestellt werden. Hierfür geeignete

Maßnahmen sind gemäß Weiterbildungen der Erfindung in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben. Eine Überschreitung des Dynamikbereichs wird somit als eine Begrenzung dargestellt, während eine Unterschreitung den Nullpunkt ergibt, der bei einer logarithmischen Darstellung streng genommen nicht vorkommen dürfte, Kuf diese Weise kann die Genauigkeit der Darstellung der Meßwerte in dem gewählten Dynamikbereich wesentlich erhöht werden.

Die erste und die zweite Schaltung zur Bildung der Kennzahl und der Mantisse kann mit logischen Verknüpfungsschaltungen aufgebaut werden, wie in den Patentansprüchen 4 bis 6 angegeben ist Zweckmäßig wird die Korrekturzahl nach dem genauen Wert des Logarithmus der Dualzahl, die zwischen der durch die folgenden Dualziffern dargestellten Dualzahl und der um die kleinste duale Einheit größeren Dualzahl liegt, bestimmt Dadurch wird berücksichtigt daß nach der letzten berücksichtigten Dualziffer allgemein noch weitere Dualziffern folgen, die auf diese Weise dann gerade im Mittel berücksichtigt werdea

Die Bildung eines genaueren Wertes für die Mantisse aus den entsprechenden Stellen der umzuwaiidelnden Dualzahl durch Verwendung von Korrekturzahlen ist an sich bekannt aus der DE-AS 12 17 108. Hierbei werden die Korrekturzahlen aber nur abschnittsweise grob angenähert bestimmt

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkung einer Dynamikbereichsverschiebung,

Fig.3 ein Blockschaltbild der gesamten Umwandlungsanordnung,

Fig.4 ein logisches Schaltbild zur Erzeugung der Kennzahl,

Fig.5 ein logisches Schaltbild zur Bildung der Mantisse,

F i g. 6 eine Tabelle, die den Zusammenhang zwischen dualem Numerus, genauer Mantisse und Korrekturzahl zeigt.

In den Fi g. 1 und 2 ist der Zusammenhang zwischen der umzuwandelnden Dualzahl, d. h. dem Meßwert ζ und der den Logarithmus darstellenden Ausgangs-Dualzahl Ld (z) gezeigt. Da die Achse ζ aus Gründen der Darstellung duallogarithmisch eingeteilt ist, ergibt sich wieder ein linearer Zusammenhang. In Fig. 1 sind verschiedene Dynamikbereiche angedeutet, die sich durch ihren Umfang unterscheiden. Bei der Linie a erfolgt eine Umwandlung nur von solchen Meßwerten, die den Meßwert 2¹² überschreiten, und der maximale Ausgangswert ist bereits bei Meßwerten mit dem Wert 2¹⁶ erreicht. Dadurch werden also nur hohe Meßwerte stark gedehnt dargestellt, während kleinere Meßwerte völlig unterdrückt werden.

Bei der Linie b werden noch kleinere Meßwerte mit erfaßt nämlich die den Wert 2⁸ überschreiten. Hier ist die Dehnung der Meßwerte im oberen Bereich nicht so stark, dafür werden noch niedrigere Meßwerte erfaßt. Die Linie c zeigt die Zuordnung, wenn alle Meßwerte von 0—2¹⁶ erfaßt werden. Dies ist die übliche, bisher bekannte Umwandlung.

In Fig. 2 ist die Verschiebung der Lage des Dynamikbereiches dargestellt. Die Linie e entspricht der Linie b in Fig. 1. Wenn die Eingänge der Schaltungen zur Bildung der Kennzahl und Mantisse um 4 Stellen gegenüber den Meßwertleitungen verschoben werden, ergibt sich eine Umwandlung, die durch die Kurve /"dargestellt ist Darin werden also alle Meßwerte unterhalb des Werts 2* unterdrückt, wahrend der maximale Ausgangswert bereits bei Meßwerten mit dem Wert 2'² erreicht ist Auch höhere Meßwerte ergeben dann nur den maximalen Ausgangswert Die Linie g stellt die Umwandlung bei einer weiteren Verschiebung um vier Stellen dar. Hier werden bereits Meßwerte vom Wert Null an erfaßt während Meßwerte über dem Wert 2⁸ bereits den maximalen

ίο Ausgangswert erzeugen. In gleicher Weise kann auch die Linie a in F i g. 1 verschoben werden, wobei dann ein entsprechend kleinerer Bereich der Meßwerte jeweils erfaßt wird, & h. die Dehnung bzw. Auflösung ist dann noch größer.

Bei der in Fig.3 dargestellten Umwandlungsanordnung wird der Meßwert zunächst der Schaltung 1 zugeführt in der die Einstellung der Lage des Dynamikbereichs, d. h. die Dynamikve/schiebung eingestellt wird. Dies entspricht der in F i g. 2 dargestellten Verschiebung des Dynamikbereiches. Die Schaltung 1 enthält zweckmäßig eine Reihe von Umschaltern, und zwar einen für jede Eingangsleitung ό?,τ folgenden Schaltungen 4 und 3, die sejbst stellenweise miteinander verbunden sind. Die Umschalter verschieben diese Eingänge gegenüber den Stellen des zugeführten dualen Meßwertes parallel.

Die höchstwertigen Stellen über dem ausgewählten Dynamikbereich des dualen Meßwertes werden einem 1-Indikator 2 zugeführt der prüft ob innerhalb dieser

*> Stellen mindestens eine Dualziffer mit Jem Wert »1« vorhanden ist Im einfachsten Fall kann dieser Indikator also durch eine ODER-Schaltung realisiert werden. Falls ein Wert »1« festgestellt wird, erhalten in der Ausgangsstufe 10 die Dualziffern aller Stellen den Wert

J5 »1«, unabhängig von der im ausgewählten Dynamikbereich vorhandenen Dualzahl. In der Schaltung 4 wird die Kennzahl für den durch die Schalter 1 ausgewählten Bereich des Meßwertes gebildet, indem darin die Dualziffer mit dem Wert »1« festgestellt wird, du/ den höchsten Stellenwert hat, und dieser Stellenwert wird in eine Dualzahl mit vorgegebener Stellenzahl umgewandelt. Diese Stellenzahl bestimmt den maximalen Dynamikbereich des Meßwertes, der umgewandelt werden kann. Mit Hilfe der Kennzahl werden in einer Schaltung 3 diejenigen Ziffern des dualen Meßwertes, aus denen die Mantisse gebildet wird, d. h. die auf die höchstwertige Dualzahl mit dem Wert 1 folgenden Stellen, ausgewählt. Die Schaltung 3 kann als Umschalter aus elektronischen Schaltern, die die entsprechenden Dualziffern auswählen, ausgebildet sein.

Diese ausgewählten Dualziffern werden dann in der Schaltung 6 mit einer Korrekturzahl korrigiert, die durch den Wert der an dieser Schaltung anliegenden Dualzahl bestimmt wird, und damit entsteht die Mantisse. Die beiden Dualzahlen aus der Schaltung 4 und 6, die die Kennzahl und die Mantisse darstellen, werden in der Schaltung 8 zusammengeführt, so daß die niedrigste Stelle der Kennzahl der höchsten Stelle der Mantisse unmittelbar benachbart ist. Diese beiden zusammengeführten bzw. zusammengesetzten Dualzahlen werden dann über Umschalter in der Schaltung 8 mit den Leitungen für die Ausgangs-Dualzahl verbunden, wobei die Umschalter parallel von der Einstellung des Umfanges des Dynamikbereiches betätigt werden, so

daß die Ansgangsleitungen der Schaltung 8 parallel zu deren Eingangsleitungen verschoben werden. Dadurch wird also der Umfang des Dynamikbereiches, wie in F i g. 1 gezeigt, eingestellt. Wenn nämlich der Dynamik-

umfang von einem Bereich von 2⁸ (2⁸ — 2^]h) auf einen Bereich von 2⁴(2¹²—2¹⁶) umgeschaltet werden soll, kann die Kennzahl weiterhin für einen Wertebereich von 2" Werten bestimmt werden, wobei dann nur die erste Stelle weggelassen wird, wie sich leicht zeigen läßt.

In dem O-lndikator 5 wird geprüft, ob die Kennzahl den Wert »0« hat, und zwar die dem gewählten Dynamikbereich entsprechenden Stellen, und gleichzeitig die niedrigste Stelle des Meßwertes in diesem Bereich ebenfalls die Ziffer »0« hat. In diesem Falle muß auch, die Ausgangs-Dualzahl den Wert »0« haben, und dies wird in der Schaltung 9 durch Ansteuerung von dem O-lndikator 5 erreicht. Der gewählte Dynamikbercich wird dem O-lndikator 5 durch die zusätzliche Leitung für die Einstellung des Dynamikumfangs zugeführt.

Eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Kennzahl für eine Dualzahl, d. h. für einen Numerus, mit maximal 8 Stellen ist in F i g. 4 dargestellt. Die Leitungen für die einzelnen Dualziffern des umzuwan-

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Dynamikbereich sind an den Eingängen bc \—be% angeschlossen, wobei der erstgenannte Eingang die höchste Stelle erhält. Die Kennzahl einer achtstelligen Dualzahl hat maximal drei Stellen, die an den Ausgängen bki—bk3 erzeugt werden, wobei der erstgenannte Ausgang wieder die höchste Stelle erzeugt. Jedem Ausgang ist ein logisches Netzwerk 21 bzw. 22 bzw. 23 vorgeschaltet, das die Kombinationen der Eingangssignale (Dualzahlen) decodiert, bei denen der betreffende Ausgang (Stelle der Kennzahl) ein Signal erzeugen soll. In der ersten Stelle der Kennzahl, d. h. am Ausgang bk I, muß ein Signal erzeugt werden, wenn in wenigstens einer der vier höchsten Stellen der umzuwandelnden Dualzahl der Wert »!>< vorhanden ist. Dies geschieht durch das NAND-Gatter in dem logischen Netzwerk 21, das mit den invertierten Signalen der vier höchsten Stellen gespeist wird und damit eine ODER-Funktion realisiert. In entsprechender Weise werden in den logischen Netzwerken 22 und 23 die Signale erzeugt, wobei jeweils die Wirkung einer »1« in einer der niedrigeren Stellen von den vorhergehenden Netzwerken gesperrt wird, wenn eine höhere Stelle eine »1« enthält. Die niedrigste Stelle, d. h der Eingang be 8, hat überhaupt keinen Einfluß auf das Ausgangssignal, so daß die Kennzahl in allen drei 4 Stellen eine »0« führt, wenn nur an diesem Eingang ein Signal vorhanden ist. wie es auch definitionsgemäß sein soll.

Eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der genauen Mantisse aus den entsprechenden Stellen der Dualzahl ist in Fig.5 dargestellt. Die einzelnen Stellen der Dualzahl, d. h. Jes Numerus, werden den Eingängen bn 1 — bn 5 zugeführt, wobei der Eingang bn 1 die relativ höchstwertige Stelle der Dualzahl enthält. In diesem Beispiel wird vorausgesetzt, daß die Mantisse nur 5 Stellen haben soll, daher können auch nur 5 Stellen der umzuwandelnden Dualzahl verarbeitet werden. Wenn die umzuwandelnde Dualzahl jedoch mehr Stellen hat, beispielsweise 8 Stellen, wofür die Schaltungsanordnung nach Fig.4 zur Erzeugung der Kennzahl ^fc ausgelegt ist, und die höchste Stelle hat den Wert »1«, so müßte die Mantisse aus den folgenden 7 Stellen gebildet werden. In diesem Falle werden jedoch die letzten beiden Dualziffern für die Umwandlung nicht berücksichtigt Wenn jedoch der Wert »1« erst an einer < wesentlich niedrigeren Stelle der umzuwandelnden Dualzahl auftritt, würden für die Bildung der Mantisse aus den Stellen des Meßwertes entsprechend dem ausgewählten Dynamikbereich nur weniger als 5 Stellen zur Verfügung stehen. In diesem Falle werden dann die nächstniedrigeren Stellen des Meßwertes, die nicht mehr zum ausgewählten Dynamikbereich gehören, verwendet, so daß die Mantisse immer fünf Stellen umfaßt. Beim maximalen Umfang des gewählten Dynamikbereiches von 2" Werten hat die Kennzahl 3 Stellen, wie auch oben im Zusammenhang mit der F i g. 4 beschrieben wurde, so daß bei einer vorgegebenen Stcllcn/ahl el· ' Ausgangs-Dualzahl von 6 Stellen nur J Stellen der gebildeten Mantisse berücksichtigt werden können. Dies erfolgt, wie ebenfalls bereits beschrieben, durch Umschalter in der Schaltung 8 in Fig. 3. Wenn der Umfang des gewählten Dynamikbereiches jedoch nur 2* Werte beträgt, wird durch die Umschalter die höchste Stelle der Kennzahl weggelas-

berücksichtigt. Bei noch kleinerem Umfang des gewählten Dynamikbereiches besitzt die Kennzahl schließlich nur noch eine Stelle, so daß alle 5 gebildeten Stellen der Mantisse für die östellige Ausgangs-Dualzahl berücksichtigt werden können. Auf diese Weise ist eine sehr einfache Umschaltung des Umfangs des Dynamikbereiches erreicht, wobei die Ausgangs-Dualzahl in jedem Falle 6 Stellen hat.

Die Eingänge bnl — bn5 der Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Mantisse führen auf einen Addierer 33, der 5 Bit parallel addieren kann, da durch Überträge bei der Korrektur such alle 5 SteUen verändert werden können. Der zweite Eingang des Addierers, dessen Wert zu dem Wert der ersten Eingänge addiert werden soll, erhält die Korrektur-Dualzahl, die hier nur zwei Stellen umfassen, von denen jede von einem logischen Netzwerk 31 bzw. 32 erzeugt werden.

Der Zusammenhang zwischen Numerus. Korrekturzahl und cl.imit entstehende Mantisse ist in der Tabelle in Fig. 6 dargestellt. Beim kleinsten Numerus, d.h. beim Numerus 0, hat die Korrekturzahl bereits den dekadischen Wert 1, und damit hat die Mantisse ebenfalls diesen Wert, d. h. die Mantisse wird niemals 0. Erst beim größten Numerus wird die Korrekturzahl 0. so daß dann Numerus und Mantisse übereinstimmen. Dazwischen hat die Korrekturzphl den höchsten dekadischen Wert 3 oder als Dualzahl geschrieben den Wert »11«.

Die beiden logischen Netzwerke 31 und 32 erzeugen nun entsprechend dieser Tabelle die beiden Stellen der Korrekturzahl mittels logischer Gatter in ähnlicher Weise wie bei der Bildung der Kennziffer in Fig.4. wobei selbstverständlich wegen der anderen Zuordnung die logischen Netzwerke im einzelnen verschieden aufgebaut sind. Der Aufbau dieser Netzwerke ergibt sich nahezu unmittelbar aus der Tabelle in Fig.6. Führen beide Netzwerke gleichzeitig ein Ausgangssignal, wird eine Korrektur um Dual 01 + 10 = Il durchgeführt

Die hier gewählten Anzahlen der Stellen für Kennzahl, Mantisse und Ausgangs-Dualzahl sind nur beispielsweise gewählt und können im jeweiligen Anwendungsfall entsprechend beliebig geändert werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche;

   J, Anordnung zur Umwandlung eines Meßwertes, der als Dualzahl parallel über mehrere Eingangsleitungen zugeführt wird, in eine den Logarithmus des Meßwertes darstellende duale Ausgangszahl, die parallel an mehreren Ausgangsleitungen abgegeben wird, mit einer ersten Schaltung zur Bestimmung der dualen Kennzahl der dualen Ausgangszahl aus dem Stellenwert des höchststelligen Bits des Meßwertes ι ο mit dem Wert »1« und mit einer zweiten, von der dualen Kennzahl gesteuerten Schaltung zur Bildung des Rests bzw. der Mantisse der dualen Ausgangszahl, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wahl der Lage des Dynamikbereiches die Eingänge is der ersten Schaltung (4) und der zweiten Schaltung (3, 6) mit den Eingangsleitungen über einen ersten Umschalter (1) verbunden sind, der diese Eingänge gemeinsam parallel gegenüber den Eingangsleitungen verschiebt, und daß zur Wahl des Umfangs des Dynamikl>treichs die Ausgänge der ersten Schaltung (4) und der zweiten Schaltung (3, 6) mit den Ausgangsleitungen über zweite Umschalter (8) verbunden sind, die diese Ausgänge parallel zu den Ausgangsleitungen verschieben, wobei der Ausgang für die niedrigste Stelle der ersten Schaltung (4) dem Ausgang für die höchste Stelle der zweiten Schaltung (3,6) unmittelbar benachbart ist
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgängen und Eingängen der die Kennzahl bestimmenden ersten Schaltung (4) ein O-Indikator (5) angeschlossen ist, der ein Ausgangssignal zum Nullsetzen aller Ausgangsleitungen abgibt, wenn die Ivennzanl entsprechend dem gewählten Dynamikbereich den Wert »0« hat und J5 auch das Bit der niedrigsten Ste.ie des Meßwertes im gewählten Dynamikbereich den Wert »0« hat.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Umschalter (1) die höchstwertigen Eingangsleitungen, die nicht mit der ίο ersten (4) und der zweiten Schaltung (3, 6) verbunden sind, mit den Eingängen eines 1-Indikators (2) verbindet, der ein Ausgangssignal zum Setzen aller Ausgangsleitungen auf »1« abgibt, wenn wenigstens eine dieser Eingangsleitungen den Wert *5 »1« führt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltung (4) zur Bildung der Kennziffer für jede der maximal vorgesehenen Stellen (bkt — bk3) der so Kennziffer ein eigenes logisches Netzwerk (21, 22, 23) zum Dekodieren der Eingangs-Bitkombinationen, die an dieser Stelle ein Bit mit dem Wert »t« erzeugen sollen, vorgesehen ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (3, 6) zur Bildung der Mantisse eine Mantissenbildungsschaltung (6) und einen dritten Umschalter (3) enthält, der von der Kennzahl gesteuert die Eingänge der zweiten Schaltung (3,6) «> parallel gegenüber den Eingängen der Mantissenbildungsschaltung (6) so verschiebt, daß diese eine Zahl aus den dem höchstwertigen Stellenbit mit dem Wert»1«folgenden Stellenbits erhalten.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantissenbildungsschaltung (6) deren Eingänge mit den Eingängen eines Dekodiernetzwerkes (31, 32) verbunden sind, das entsprechend der gegebenen Zuordnung mittels logischer Schaltung die einzelnen Stellen der Korrekturzahl erzeugt und den einen Eingängen eines Parallel-Addierers (33) zuführt, der diese Korrekturzahl stellenrichtig zu der den Eingängen der Mantissenbildungsschaltung (6) zugeführten Zahl addiert