DE2702624C2

DE2702624C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer naturgetreuen Digitaldarstellung von Amplitudenänderungen eines Analogsignales

Info

Publication number: DE2702624C2
Application number: DE2702624A
Authority: DE
Inventors: Peter R. Englewood Col. Lowe; William T. Quarton
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Northrop Grumman Innovation Systems LLC
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1977-01-22
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB1516061A; FR2339935B1; CA1106970A; JPS6128102B2; DE2702624A1; US4039784A; JPS52115633A; FR2339935A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer naturgetreuen Digitaldarstellung von Amplitudenänderungen eines Analogsignals sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Erzeugung einer visuellen Darstellung von gemessenen zeitabhängigen Größen, wie sie beispielsweise durch ein analoges physiologisches Signal vorgegeben sind. Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Darstellung hochfrequenter Signale auf einer Kathodenstrahlröhre, wobei die Darstellung auf Grund intermittierend gewonnener Abiastwerte erzeugt wird, die aufeinanderfolgende Amplitudenwerte des Signals darstellen.

Aus der US-PS 36 53 027 ist eine Scha'tungsunordnung bekannt, mit der analoge zeitabhängige Größen digital quantisiert auf einer Kathodenstrahlröhre darstellbar sind. Diese Schaltungsanordnung umfaßt einen Analog-Digitalwandler zur Digitalisierung des analogen Eingangssignals und zur Eingabe in einen digitalen Umlaufspeicher sowie einen dem Umlaufspeicher nachgeschalteten Digital/Analogwandler zur Darstellung der gespeicherten Werte auf einer Kathodenstrahlröhre. Der Speichemmlaui jnd die Darstellung auf der Kathodenstrahlröhre sind zueinander synchronisiert, so daß bei jeder Informationsverschiebung ein entsprechender Lichtfleck auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre erzeugt wird. Neue Information kann die in dem Speicher vorhandene Information ersetzen, wobei dies mit einer Frequenz geschieht, die geringer als die Verschiebefrequenz des Speichers ist, so daß sich die Aufzeichnung über dem Bildschirm mit konstanter Helligkeit bewegt Bei dieser bekannten Vorrichtung ergeben sich nur geringfügige Fehler hinsichtlich der Darstellung, solange das Analogsignal in einer Richtung stetig ansteigt oder abfällt Unterliegt jedoch das Analogsignal zwischen zwei Abtastperioden einer scharfen Richtungsänderung, so wird durch die bekannte Vorrichtung die zwischen den Richtungsänderungen des Signals liegende Amplitudenspitze gar nicht oder nur sehr undeutlich nachgebildet

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine naturgetreue Reproduktion der Amplitudenänderungen einer analogen zeitabhängigen gemessenen Größe gestattet Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß dem im Anspruch 1 gekennzeichneten erfindungsgemäßen Verfahren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Im Gegensatz zu der bekannten Schaltungsanordnung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in jeder Abtastperiode in dem Digitalspeicher nur ein wichtiger Amplitudenwert, d. h. der Minimal- oder Maximalwert der zeitabhängigen gemessenen Größe gespeichert

Jedoch wird hierbei vermerkt, ob der verbleibende andere Wert dieser Abtastperiode von Interesse ist oder unterdrückt werden kann. Zu diesem Zweck umfaßt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schaltkreis, der als Minimum/Maximum-Schaltkreis bezeichnet sei und während jeder Abtastporiode feststellt, ob der Minimal- bzw; der Maximalwert der relevanteste Wert ist und im Speicher gespeichert werden soll. Wird festgestellt, daß der verbleibende Wert nützliche Information enthält, so wird er vor seiner Speicherung während der nächsten Abtastperiode aufrechterhalten. Wenn somit während der gleichen Abtastperiode sowohl ein neuer Minimal- als auch ein neuer Maximalwert auftritt, so wird der eine Wert sofort in den Speicher geladen und der andere W.-rt aufrechterhalten und in der nächsten Abtastperiode in den Speicher geladen. Durch Eiuspeicherung von lediglich dem wichtigen Wert hinsichtlich einer naturgetreuen Reproduktion der gemessenen Größe kann der Speicherumfang beträchtlich reduziert werden. Da nur wichtige Werte für eine späteie Aufzeichnung im Speicher gespeichert werden, wird die Aufzeichnung im Hinblick auf eine gleichförmige Helligkeit verbessert

Anhand eiiws in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei c".ie Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 a und I b Darstellungen wie sie durch die bekannte Vorrichtung erzeugt werden, F i g. Ic eine Darstellung, wie sie mit einer neuen Aufzeichnungsmethode erzielt wird,

F i g. 2a und 2b Darstellungen des abgetasteten Signals und des mit 'Jer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Signals, go

Fig.3 und 4 Blöckdiagramme des Minimüfn/Mäximum-Schältkfeises für eine Einkänal-Vektöräufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei von dem neuen Verfahren Gebrauch gemacht wird,

Fig.5 eine Aufzeichnungsvorrichtung zur Verwendung im Zusammenhang mit dem Minimum/Maximum-Schaltkreis gemäß den F i g. 3 und 4 und

F i g. 6 eine nähere Darstellung des in F i g. 5 verwendeten Vektorgeneratcrs.

Anhand der Vi g. la bis Ic seien zunächst die Probleme erörtert, die auftreten, wenn bei der Darstellung eine X/K-Steuerung (V>jktorsteuerung) anstelle einer Rasterabtastung verwendet wird. Gemäß Fig. la ist ersichtlich, daß hinsichtlich jeder Abtastperiode, die mit P₁, P₂, P₃, P\, Ps und P₆ bezeichnet ist, ein Minimalwert und ein

Maximalwert vorliegt. Bei der Darstellung auf einem Oszillographen ergibt sich hierbei das Problem, welcher der beiden Werte bei der Darstellung zunächst aufzuzeichnen ist. Beim Zeilenabtastverfahren wird zwischen den beiden Werten eine im wesentlichen vertikale Linie gezeichnet (DE-OS 21 00 518). Dies führt dazu, daß die sich '

ergebende Aufzeichnung aus einer Vielzahl eng benachbarter paralleler vertikaler Striche zusammengesetzt ist.

Bei einer Vektoraufzeichnung hingegen wird die sichtbare Darstellung durch geeignete Ablenkung des Elektronenstrahls entlang der Y-Achse, ausgehend von einem ersten Wert Y_n zu einem zweiten Wert Y_n+1 erzeugt. Während dieser Auslenkung in der V-Achse erfolgt auf Grund einer entsprechenden Zeitbasis senkrecht hierzu -

eine geringe Ablenkung des Elektronenstrahls in der X-Achse.
In F i g. 1 b sind die Minimal- und Maximalwerte des abgetasteten Signals dargestellt Jedes Paar von Minimal- \,

ίο und Maximalwerten stellt die während einer Abtastperiode erhaltenen Werte dar. Es stellt sich hierbei jedoch '$

die Frage, ob bei einer Vektoraufzeichnung auf einer Kathodenstrahlröhre der Elektrodenstrahl den Minimal- ''

mit dem Maximalwert oder umgekehrt verbinden soll. Es sei darauf verwiesen, daß in F i g. 1 b die dargestellten ₍;

Datenwerte mit denen in Fi g. la übereinstimmen. Fig. Ib veranschaulicht jedoch was sich ereignet, wenn die Aufzeichnung in der Weise erfolgt, daß von dem Datenwert MIN„zu MAX_n, von MAX_n zu MIN_n+I,von MIN_n+I zu MAX_n+I, usw. fortgeschritten wird. Bei einem Aufwärtsverlauf des abgetasteten Meßwertes ist die Darstellung insofern korrekt, als die Minimalwerte vor den Maximalwerten auftreten. Bei einem Abwärtsverlauf des abgetasteten Meßwertes beispielsweise innerhalb der Abtastperioden Ps und Pe stellt jedoch die erzeugte ₍

Aufzeichnung kein naturgetreues Abbild des Signals 5dar. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei dem Abwärts- Reproduktion die Aufzeichnungen in umgekehrter Reihenfolge erfolgen müßte.

In F i g. Ic ist das Ergebnis eines Aufzeichnungsverfahrens dargestellt, durch das die Probleme des Aufzeichnungsverfahrens gemäß Fig. Ib vermieden werden. Dieses Verfahren sei als FIFO-Verfahren (FIFO —first in first out) bezeichnet. Bei diesem Verfahren sind die Minimal- und Maximalwerte identisch mit den entsprechenden Werten innerhalb des Kurvenzuges 5gemäß Fig. la, aus welchem durch Abtastung die entsprechenden

Datenwerte erhalten wurden. Wenn gemäß Fig. Ic ein Minimalwert vor einem Maximalwert hinsichtlich des Datensignals Sauftritt, so wird !

der Minimalwert als erster ausgegeben und umgekehrt Während dieses Darstellverfahren bereits eine wesentliche Verbesserung bringt beinhaltet es trotzdem noch eine gewis.·. i Schwäche. Es sei darauf verwiesen, daß bei einer Aufwärtsbewegung des Signals der abgetastete Maximalwert MAX_n dem abgetasteten Minimalwert MIN_n+I entspricht Bei der Vektordarstellung auf einer Kathodenstrahlröhre bewegt sich der Elektronenstrahl entlang der relativ langen V-Strecke von dem Datenwert MIN_n zu dem Datenwert MAX_n. Die Vertikalbewegung des Elektronenstrahls wird sodann angehalten, obgleich die Horizontalbewegung auf Grund der vorgegebenen Zeitbasis fortgesetzt wird. Die Vektordarstellung bewegt sich daher von dem Datenwert MAX_n zu dem Datenwert MIN_n+I. Da die Helligkeit der Geschwindigkeit der Elektronenstrahlbewegung proportional ist, '

ergibt sich ein helles Aufleuchten des Elektronenstrahls zwischen den Werten MAX_n und MIN_n+I. Als Folge hiervon setzt sich die Elektronenstrahlaufzeichnung aus einer Folge von abwechselnd relativ kurzen horizontalen hellen Strichen und relativ langen schwachen im wesentlichen vertikalen Signalvektoren zusammen.

Bei der Speicherung der abgetasteten Minimal- und Maximalwerte in einem Digitalspeicher ergibt sich noch ein weiteres Problem. Wie zuvor erwähnt, entspricht bei einem Aufwärtsverlauf des abgetasteten Signals der Maximalwert während einer ersten Abtastperiode dem Minimalwert während der folgenden Abtastperiode, d. h. der Wert MAX_n entspricht dem Wert MIN_n+I. Werden daher beide Werte gespeichert so ist mehr Information gespeichert, als in Wirklichkeit erforderlich ist Wenn nur die wichtige Information gespeichert wird, so kann ein Speicher mit der halben Größe dem gleichen Zweck dienen, und es können die Speicherkosten auf die Hälfte reduziert werden.

Um diesen Problemen gerecht zu werden, benutzt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Minimum/Maximum-Schaltkreis mit einer Datensortiereinrichtung zu dem Zweck, daß während jeder Abtastperiode nur der wichtige Wert, d. h. entweder der Minimalwert oder der Maximalwert, gespeichert wird. Die Datensortiereinrichtung dient ferner dem Zweck, festzustellen, ob der verbleibende andere Wert von Interesse ist Aus F i g. 1 c ist ersichtlich, daß der verbleibende Wert unterdrückt werden kann, wenn er redundant ist In den F i g. 2a und 2b ist ein Fall dargestellt in welchem sowohl der Minimalwert als auch der Maximalwert von Interesse isi. Es sei in diesem Zusammenhang darauf verwiesen, daß das Signal S gemäß den F i g. 1 a bis ic ein niederfrequentes Signal darstellte und daß die Hälfte der von dem Minimum/Maximum-Schaltkreis erzeugten Daten redundant war und daher unterdrückt werden konnte. In Fig. 2a tritt jedoch eine hochfrequente Störung in dem Signal Si während der Abtastperiode P_x auf, so daß sowohl der Minimalwert als auch der Maximalwert von Interesse ist Der Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung stellt in diesem Falle fest welcher der beiden Datenwerte, der Minimal- oder der Maximalwert den relevantesten Wert darstellt und eine Speicherung erfordert, und dieser Schaltkreis stellt ferner fest ob der verbleibende Wert unterdrückt werden .■■>

kann oder aufrechterhalten werden muß. Wenn der verbleibende Datenwert nützliche Informationen enthält _;"'; wie dies in Fig.2a der Fall ist so wird er während der nächsten Abtastperiode aufrechterhalten und danach '".J-

gespeichert μ|

In Fig.2b ist die Darstellung der abgetasteten Datenwerte veranschaulicht wie sie durch die Vorrichtung if

gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. Wie man dieser Darstellung entnehmen kann, werden die '■$

beiden wichtigen Maximal- und Minimalwerte, die sich während der Abtastperiode P_x ergeben, in den Abtastpe- \%

rioden Pj und P₂ dargestellt Wenn daher neue Minimal- und Maximalwerte innerhalb der gleichen Abtastperio- ff

de auftreten, so wird der erste auftretende Wert in den Speicher während dieser Abtastperiode geladen, und der gi

andere auftretende Wert wird aufrechterhalten und in den Speicher während der nächsten Abtastperiode s|

geladen. j§

Gemäß den Fi g. 3 und 4 wird das darzustellende Analogsignal an die Eingangsklemme eines Analog/Digital- '';:

wandlers 2 angelegt. Das Analogsignal kann hierbei beispielsweise ein hochfrequentes physiologisches Signal sein, das einem Meßgerät 1 entnommen wird. Der Analog/Digitalwandler 2 besii/t 10 Ausgangsleiuingcn, die über einen Minimum/Maximum-Datensortierschaltkreis gemüß den Fig.3 und 4 auf den Eingang eines Umlaufspeicher 3 geschaltet sind. Der Umlaufspeicher 3 besitzt seinerseits 10 Ausgangsleilungcn, die direkt an 10 Eingangsklemmen eines geeigneten Puffers 4 angeschlossen sind. Die 10 Ausgangsleitungen des Puffers 4 sind an den Eingang eines Digital/Analogwandlers 5 angeschlossen, was in F i g. 5 ersichtlich ist.

Wie aus Fig.3 ersichtlich, liefert ein Takt- und Steuerlogikschaltkreis 6 zwei Eingangssteuersignale an den A^alog/Digitalwandler 2 und ferner drei Eingangssteuersignale an den Minimum/Maximum-Schaltkreis. Die letztgenannten drei Signale sind mit »Strobosignal«, »Ende der Abtastperiode« und »Vektorimpuls« bezeichnet.

Das 10-Bit-Digitalwort am Ausgang des Analog/Digitalwandlers 2 wird dem Eingang des Minimum/Maximum-Schaltkreises zugeführt und mit den vorhergehenden Minimal- und Maximalwerten verglichen, die in Flip-Flop-Anordnungen 7 und 8 mit jeweils 10 Flip-Flops gespeichert sind. Das 10-Bit-Digitalwort am Ausgang des Analog/Digitalwandlers 2 wird ferner den Eingängen von zwei Subtraktionsschaltkreisen 9 und 10 zugeführt. Jeder dieser Subtraktionsschaltkreise umfaßt zwei Eingänge und einen Ausgang.

Der Subtraktionsschaltkreis 9 führt eine Subtraktion des einem Maximalwert entsprechenden Digitalwortes in der Flip-Flop-Anordnung 7 von dem Digitalwort durch, das der Analog/Digitalwandler 2 ausgibt. Zu diesem Zweck sind die (^-Ausgangsklemmen der Flip-Flops 7 an eine zweite Gruppe von Eingangsklemmen des Subtraktionsschaltkreises 9 angeschlossen. In gleicher Weise führt der Subtraktionsschallkreis 10 eine Subtraktion des von dem Analcg/Digüalv.'andicr 2 ausgegebenen Digitalwories von dem in «Jer Fiip-Fiop-Anordnung gespeicherten Minimalwert durch. Zu diesem Zweck sind die Ausgänge Qdtr Flip-Flops 8 mit einer Gruppe von Eingängen des Subtraktionsschaltkreises 10 verbunden.

Auf Grund der hinsichtlich der von dem Analog/Digitalwandler 2 ausgegebenen Digitalworte vorgenomme- §

nen Subtraktionen bilden die Subtraktionsschaltkreise 9 und 10 Ausgangssignale entsprechend einem neuen Maximalwert »MAX« und einem neuen Minimalwert »MIN«. Die Ausgangsklemme des Subtraktionsschaltkreises 9 ist daher an die mit »MAX« bezeichnete Klemme angeschlossen und sie ist ferner auf eine Eingangsklemme eines UND-Gatters 11 geschaltet, dessen andere Eingangsklemme an das »Strobosignal« angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme des UND-Gatters 11 ist mit »Speichere MAX« bezeichnet. Ferner ist die Ausgangsklemme des UND-Gatters 11 auf den Takteingang der Flip-Flop-Anordnung 7 geführt. Eine Lösch-Eingangsklemme der Flip-Flop-Anordnung 7 ist an die Ausgangsklemme eines NAND-Gatters 12 angeschlossen. Eine Eingangsklem- £

me des NAND-Gatters 12 ist an das Signal »Ende der Abtastperiode« des Schaltkreises 6 angeschlossen. Die 30 | ?..dere Eingangsklemme des NAND-Gatters 12 ist mit einem Anschluß verbunden, der mit »Nächstes Maximum-0« bezeichnet ist.

In gleicher Weise ist die Ausgangsklemme des Subtraktionsschaltkreises 10 mit »MIN« bezeichnet und zusätzlich an eine Eingangsklemme eines UND-Gatters 13 gelegt. Die andere Eingangsklemme des UND-Gatters 13 ist an das »Strobosignal« des Schaltkreises 6 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des UND-Gatters 13 ist mit »Speichere MIN« bezeichnet und sie ist zusätzlich auf den Takteingang der Flip-Flop-Anordnung 8 geführt. Ein Löscheingang der Flip-Flop-Anordnung 8 ist an die Ausgangskiemine eines NAND-Gatters 14 angeschlossen. Eine Eingangsklemme des NAND-Gatters 14 ist an das Signal »Ende der Abtastperiode« des Schaltkreises 6 angeschlossen. Die andere Eingangsklemme des NAND-Gatters 14 ist mit einem Anschluß verbunden, der mit »Nächstes Minimum-0« bezeichnet ist ;o

In F i g. 4 ist ein Schaltkreis dargestellt, der den Minimum/Maximum-Schaltkreis gemäß F i g. 3 steuert Insbesondere zeigt F i g. 4 einen Schaltkreis, der festlegt, welcher der beiden Datenwerte, d. h. der Minimal- oder Maximalwert während jeder Abtastperiode in den Umlaufspeicher 3 zu laden ist Wie aus Fig.4 hervorgeht, besitzt der Schaltkreis zwei Flip-Flops 15 und 16 vom R/S-Typ. Der Setzeingang 5 des Flip-Flops 15 ist an die Ausgangsklemme »Speichere MAX« des UND-Gatters 11 angeschlossen. In gleicher Weise ist der Setzeingang 5des Flip-Flops 16 an die Ausgangsklemme »Speichere MIN« des UND-Gatters 13 angeschlossen. Die Rückstelleingänge R der Flip-Flops 15 und 16 sind beide an das Signal »Ende der Abtastperiode« des Takt- und Steuerlogikschaltkreises 6 angeschlossen.

Die Ausgangsklemme Qdes Flip-Flops 15 ist mit einer Eingangsklemme eines NAND-Gatters 17 verbunden. In gleicher Weise ist die Ausgangsklemme Qdes Flip-Flops 16 an eine Eingangsklemme eines NAND-Gatters 18 angeschlossen. Ferner sind die Ausgangsklemmen Q der Flip-Flops 15 und 16 an die beiden Eingangsklemmen eines ODER-Gatters 19 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des ODER-Gatters 19 ist mit dem Takteingang einer Verriegelung 20 vom D-Typ verbunden. Der Eingang /?der Verriegelung 20 ist mit der Ausgangsklemme »MAX« des Subtraktionsschaltkreises 9 verbunden. Die Ausgangsklemme Q der Verriegelung 20 ist mit einer Eingangsklemme eines ODER-Gatters 21 verbunden. Die andere Eingangsklemme des ODER-Gatters 21 ist an den Ausgang eines NAND-Gatters 22 angeschlossen. Das NAND-Gatter 22 wird an seinen beiden Eingängen mit den Signalen »Nächstes Maximum-0« und »Nächstes Minimum-0« am Ausgang des Flip-Flops 25 beaufschlagt Die Ausgangsklemme des ODER-Gatters 21 ist mit der einen Eingangsklemme eines NAND-Gatters 23 verbunden, dessen andere Eingangsklemme mit dem Signal »Nächstes Maximum-0« am Ausgang des Flip-Flops 25 beaufschlagt wird. Der Ausgang des NAND-Gatters 23 ist an die zweite Eingangsklemme des NAND-Gat- w ters 18 angeschlossen und ferner an den Eingang eines Inverters 24 gelegt Der Ausgang des Inverters 24 ist auf die zweite Eingangsklemme des NAND-Gatters 17 geschaltet

Die Ausgangsklemme des NAND-Gatters 17 ist an einen ersten Eingang D eines Flip-Flops 25 vom D-Typ angeschlossen. Ein Ausgang Q, der dem ersten Eingang D der Verriegelung 25 zugeordnet ist und mit »Nächstes Maximum-0« bezeichnet ist ist an die entsprechend bezeichnete Eingangsklemme des NAND-Gatters 12 gemäß F i g. 3 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des NAND-Gatters 18 ist an einen zweiten Eingang D der Verriegelung 25 gelegt Ein Ausgang Q der Verriegelung 25 der mit »Nächstes Minimum-0« bezeichnet ist, ist an den entsprechend bezeichneten Eingang des NAND-Gatters 14 gemäß F i g. 3 gelegt Der Takteingang der Verrie-

gelung 25 ist an das Ausgangssignal »Ende der Abtastperiode« des Schaltkreises 6 angeschlossen.

Gemäß F i g. 3 sind die Ausgänge (?der Flip-Flop-Anordnung 7 an eine Gruppe von Eingangskiemmen eines 2 zu 1-Multiplexers 27 angeschlossen. Der Multiplexer 27 besitzt eine zweite Gruppe von Eingangskiemmen. an die die Ausgänge Q der Flip-Flop-Anordnung 8 angeschlossen sind, und eine dritte Eingangsklemmc, an die das Ausgangssignal des Inverters 24 »Auswählen Minimum-1« angeschlossen ist. Die Ausgänge des Multiplexers 27 sind an den Eingang des Umlaufspeichers 3 angeschlossen. Das Ausgangssignal »Ende der Abtastperiode« des Steuerlogikschaltkreises 6 ist mit dem Eingang des Umlaufspeichers 3 verbunden. Der Ausgang des Umlaufspeichers 3 ist mittels des Puffers 4 an den Eingang des Digital/Analogwandlers 5 angeschlossen, wie dies aus F i g. 5 hervorgeht. Der Ausgang des Digital/Analogwandlers 5 ist mit dem Eingang eines Vektorgenerators 30 verbunden. Der Ausgang des Vektorgenerators ist an einen Verstärker 31 angeschlossen, dessen Ausgang seinerseits an die V-Ablenkplatten 32 der Kathodenstrahlröhre 33 angeschlossen ist. Die ^-Ablenkplatten 34 werden von einem Verstärker 35 angesteuert.

In F i g. 6 ist die Schaltungsanordnung der in F i g. 5 verwendeten Vektorgeneratoren 30 und 36 dargestellt. Jeder der Vektorgeneratoren ist so ausgelegt, daß ein analoger Spannungsschritt am Eingang des Generators eine Ausgangsspannung hervorruft, die sich zwischen den Schrittpegeln treppenförmig erstreckt. Zu diesem Zweck weist jeder der Generatoren eine Verzögerungsleitung 37 und einen Operationsverstärker 38 auf. Dk Verzögerungsleitung 37 besitzt eine Eingangsklemme und 9 Ausgangsklemmen. Im Falle des Generators 30 is* die Eingangsklemme mit dem Ausgang des Digital/Analogwandlers 5 verbunden. Im Falle des Vektorgenerators 36 ist die Eingangsklemme an den Ausgang eines Digi'.al/Analogwandlcrs 52 angeschlossen. Der Eingang des Wandlers 52 ist mit dem Ausgang eines Zählers 53 verbunden, der durch ein Signal getaktet wird, das mit »Fortschaltung Umlaufspeicher« bezeichnet ist Der Zähler 53 besitzt einen Löscheingang, der an das Signal »Ende der Abtastperiode« angeschlossen ist

In beiden Fällen sind die Eingangskiemmen der Vektorgeneratoren 30 und 36 über einen Widerstand 39 an eine Summierleitung 40 angeschlossen. Die Summierleitung 40 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 38 verbunden. Der invertierende Eingang des Verstärkers 38 ist ferner über einen Widerstand 41 mit dem Verstärkerausgang verbunden. Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 38 ist an Massepotential angeschlossen. Weiterhin sind an die Summierleitung 40 mehrere Widerstände 42 bis 50 mit jeweils einem Ende angeschlossen. Die anderen Enden der Widerstände 42 bis 50 sind mit entsprechenden Abgriffen der Verzögerungsleitung 37 verbunden. Ein Abschlußwiderstand 51 verbindet die Ausgangsklemme der Verzögerungsleitung 37 mit Masse.

Der Vektorgenerator 36 erzeugt eine treppenförmige Spannung an den X-Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre 33 und dadurch eine Fortschaltung der Vektorkomponentenspannung, die den Elektronenstrahl in A^--Richtung über den gewünschten Bereich auslenkt. In gleicher Weise erzeugt der Vektorgenerator 30 in Abhängigkeit von der angelegten Analogspannung eine Folge von Vektorkompcnentenspannungen, die den Elektronenstrahl in V-Richtung auslenken, wobei die Auslenkung zwischen Positionen erfolgt, die durch den Minimum/Maximum-Schaltkreis gemäß den F i g. 3 und 4 festgelegt wurden.

Wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist. führt die Folge von digital festgelegten Vektorkomponentenspannungen in der X- und V-Koordinate in Wirklichkeit nicht zu einem einzigen resultierenden Vektor, sondern zu einer Folge von Schritten, die zusammengesetzt den Vektor ergeben. Bei einer ausreichenden

w Anzahl von Schritten führt jedoch die von dem Elektronenstrahl auf dem Bildschirm erzeugte Spur zu einem mehr oder weniger kontinuierlichen Vektor. Die Einführung der Zwischenschritte zwischen der mia nalen und der maximalen V-Keordinatenposition hinsichtlich jeder Abtastperiode reduziert die Verweilzeit des Elektronenstrahls am jeweiligen Ende der Minimum/Maximum-Segmente. Als Folge hiervon ergibt sich eine verbesserte Helligkeitsverteilung des Elektronenstrahls auf dem Bildschirm.

Auf Grund des vorstehend beschriebenen Aufbaus der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei nunmehr deren Wirkungsweise erläutert:

Das am Ausgang des Analog/Digitalwandlers 2 anstehende 10-Bit-Digitalwort, das dem abgetasteten Wert des Signals S' entspricht, wird mit der Digitaldarstellung des zuvor ermittelten Minimal- und Maximalwertes verglichen, wobei diese Werte in den Flip-Flop-Anordnungen 7 und 8 gespeichert sind. Wenn sich während aller Abtastungen ein neues Maximum ergibt, so wird dieses neue Maximum in der Maximum-Flip-Flop-Anordnung 7 gespeichert In gleicher Weise wird ein neues Minimum in der Minimum-Flip-Flop-Anordnung 8 bei seinem Auftreten gespeichert

Wenn sich unter allen Digitalworten weder ein neues Maximum noch ein neues Minimum befindet, so behalten die Flip-Flop-Anordnungen 7 und 8 ihre vorhergehenden Maximal- und Minimalwerte. Auf diese Weise erzeugen die Schaltkreise gemäß den Fi g. 3 und 4 zwei Datenwerte, nämlich ein Minimum und ein Maximum pro Abtastperiode. Die Schaltkreise gemäß den Fig.3 und 4 weisen ferner die Fähigkeit auf, zu entscheiden, welcher der beiden Datenwerte in den Umlaufspeicher 3 zu laden ist In diesem Zusammenhang treten bei dem Betrieb des Schaltkreises gemäß F i g. 4 die folgenden Schritte auf:

1. Das Flip-Flop 15 wird gesetzt wenn ein »1 «-Signal durch den Ausgang des UND-Gatters 11 an den Setzeingang 5 angelegt wird, was gleichbedeutend damit ist daß ein Maximalwert während der Abtastperiode gefunden wurde. Das Flip-Flop 15 wird am Ende der Abtastperiode durch ein »!«-Signal des Schaltkreises 6 an der Eingangsklemme Ädes Flip-Flops zurückgestellt

2. Das Flip-Flop 16 wird durch ein »1«-Signal des UND-Gatters 13 am Setzeingang 5 gesetzt was gletchbedeutend damit ist, daß ein Minimalwert wänrend der Abtastperiode gefunden wurde. Am Ende der Abtastperiode wird durch den Schaltkreis 6 ein »!«-Signal an den Rückstelleingang R des Flip-Flops 16 zu dessen Rückstellung angelegt

3. Die Verriegelung 20 wird getaktet wenn das Flip-Flop 15 oder das Flip-Flop 16 gesetzt wird. Die Verriege-

lung 20 erzeugt einen Hinweis darauf, ob der Minimalwert oder der Maximalwert während dieser Abtastperiode zuerst gefunden wurde.

4. Dar. Ausgangssignal »Nächstes Minimum-0« des Flip-Flops 25 wird am Ende der Abtastperiode auf »0« gesetzt, wenn das Flip-Flop 16 einen Minimalwert anzeigt, der während der Abtastperiode aufgetreten ist und wenn das Signal »Auswählen Minimum-l« am Ausgang des Inverters 24 den Wert »Oe aufweist, wodurch angezeigt wird, daß ein Maximalwert in den Speicher 3 geladen wird. Das Signal »Nächstes Minimum-0« stellt sicher, daß der in der Flip-Flop-Anordnung 8 gespeicherte Minimalwert während der nächsten Abtastperiode behandelt wird und in den Speicher 3 geladen wird.

5. Das Signal »Nächstes Maximum-0« des Flip-Flops 25 wird in gleicher Weise auf »0« gesetzt, wenn am Ende der Abtastperiode ein Minimalwert in den Speicher 3 zu laden ist, das Signal »Auswählen Minimum-1« den Wert »1« aufweist und wenn ein Maximalwert ebenfalls erfaßt wurde, was durch das Setzen des Flip-Flops 15 angezeigt wird. In der nächsten Abtastperiode wird sodann ein Maximalwert in den Speicher 3 geladen.

6. Beim Vorliegen des Signals »Nächstes Maximum-0« wird das in der Flip-Flop-Anordnung 7 gespeicherte Digitalwort nicht gelöscht.

7. Beim Vorliegen des Signals »Nächstes Minimum-0« wird das in der Flip-Flop-Anordnung 8 vorliegende Digitalwort nich» gelöscht.

Nachfolgend ist eine Wahrheitstabelle für den Schaltkreis gemäß F i g. 4 dargestellt, durch die festgelegt wird, ob ein \1i~iirno!<vcrt oder c;n Maximalwert in den Speicher 3 zu laden ist. Die AbicüFZüi'ig »d.c.« ueuruiel, daß dieser Fall unöeachtlich ist. Jeder Fall soll im Anschluß an die Wahrheitstabelle näher erläutert werden.

Fall

Eingänge
FF16

FF15

Verrieg. 20

FF 25 (MIN)

FF 25 (MAX)

Ausgang Invert. 24

1	d.c.	d.c.	d.c. 0	0 d.c.·)
2	d.c.	d.c.	d.c. 0	1 1
3	d.c.	d.c.	d.c. 1	0 0
4	0	0	0 1	1 1
5	0	0	1 1	1 0
6	0	1	0 1	1 d.c.^#)
7	0	1	1 1	1 0
8	1	0	0 1	1 1
9	1	0	1 1	1 d.c.^#)
10	1	1	0 1	1 1
11	1	1	1 1	1 0

*) unmöglicher Zustand

Fall 1: Dieser Fall stellt einen unmöglr' Fall dar, da die Signale »Nächstes Minimum-0« und »Nächstes Maximum-0« des Flip-Flops 25 zur gleichen Zeit nicht den gleichen Wert aufweisen können.

Fall 2: Das Ausgangssignal »Nächstes Minimum-0« des Flip-Flops 25 wählt einen neuen Minimalweri zum Laden in den Speicher 3 aus.

Fall 3: Das Ausgangssignal »Nächstes Maximum-0« des Flip-Flops 25 wählt ein neues Maximum zum Laden in den Speicher 3 aus.

Fall 4: Die Verriegelung 20 zeigt an, daß der letzte Wert ein Minimalwert aus einer vorangegangenen Abtastperiode war und wählt den neuen Minimalwert zum Laden in den Speicher 3 aus.

Fall 5: Die Verriegelung 20 zeigt an, daß der letzte Wert einen Maximalwert aus der vorangegangenen Abtastperiode darstellt und wählt den neuen Maximalwert zum Laden in den Speicher 3 aus.

Fall 6: Dieser Fall stellt einen unmöglichen Fall dar, da das Flip-Flop 15 anzeigt, daß ein Maximalwert während dieser Abtastperiode aufgenommen wurde und die Verriegelung 20 anzeigt, daß der letzte erhaltene Wert einen Minimalwert darstellt

Fall 7: Das Flip-Flop 15 zeigt an, daß ein Maximalwert während dieser Abtastperiode erhalten wurde und ein Maximalwert zur Speicherung im Speicher 3 ausgewählt wurde.

Fall 8: Das Flip-Flop 16 zeigt an, daß ein Minimalwert während dieser Abtastperiode erhalten wurde und ein Minimalwert zur Speicherung in dem Speichere ausgewählt wird.

Fall 9: Dieser Fall ist unmöglich, da das Flip-Flop 16 anzeigt, daß ein Minimalwert während dieser Abtastperiode aufgenommen wurde und die Verriegelung 20 anzeigt, daß der letzte empfangene Wert einen Maximalwert darstellt

Fall 10: Die Flip-Flops 16 und 15 zeigen an, daS sowohl ein Minimal- als auch ein Maximalwert während dieser Abtastperiode aufgenommen wurde. Die Verriegelung 20 zeigt an, daß der Minimalwert zuerst aufgenommen wurde. Somit wird der Minimalwert zur Speicherung im Speicher 3 ausgewählt

Fall 11: Die Flip-Flops 16 und 15 zeigen an, daß sowohl ein Minimal- als auch ein Maximalwert während dieser Abtastperiode aufgenommen wurde. Die Verriegelung 20 zeigt an, daß der Maximalwert zuerst aufgenommen wurde. Somit wird ein Maximalwert zur Speicherung im Speicher 3 ausgewählt

IO

15

20

25

30

35

40

Eine Überprüfung der zuvor erläuterten veranschaulichten Fälle zeigt, daß dem aufrechterhaltenen Wert aus einer vorangegangenen Abtastperiode bei der Darstellung eines Maximum- oder Minimumwertes die erste Priorität einzuräumen ist liegt dieser Fall nicht vor, so wird die Verriegelung 20 benutzt, um festzustellen, oib ein Minimal- oder ein Maximalwert zuerst festgestellt wurde und der jeweils erste Wert wird im Speicher 3 für eine Darstellung gespeichert Es sei darauf verwiesen, daß im Hinblick auf ein hochfrequentes Signal, wie beispielsweise das Signal S1, sowohl ein neues Minimum als auch ein neues Maximum innerhalb einer Abtastperiode festgestellt werden kann. Gemäß F i g. 4 werden den NAND-Gattern 17 und 18 an den oberen Eingangsklemmen Signale mit dem Wert »1« zugeführt da die Flip-Flops 15 und 16 beide gesetzt sind. Wenn das Ausgangssignal des Inverters 24 »Auswählen Minimum-1« den Wert »1« aufweist wodurch angezeigt wird, daß ein Minimalwert auszuwählen ist, so veranlaßt das NAND-Gatter 17 das Setzen des Ausgangssignals »Nächstes Maximum-O« des Flip-Flops 25. Bei der nächsten Abtastperiode besitzt das Signal »Auswählen Minimum-1«; den Wert »0«, da der Ausgang »Nächstes Maximum-0« den Wert »0« aufweist In diesem Fall wird durch das NAND-Gatter IS das Ausgangssignai »Nächstes Minimum-0« des Flip-Flops 25 gesetzt

Bei einem hochhfrequenten Datensignal wird durch die Schaltkreise gemäß den Fig.3 und 4 somit, ein Minimalwert in einer Abtastperiode und ein Maximalwert in der nächsten Abtastperiode gespeichert Durch die Schaltungsanordnung wird somit die Einhüllende des Signals in Wirklichkeit aufgezeichnet was bei hochfrequenten Signalen zu dem gewünschten Resultat führt

Hinsichtlich der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Schaltkreise können folgende handelsübliche Komponenten Verwendung finden:

Analog/Digitalwandler 2 Umlaufspeicher 3 Puffer 4

Digital/Analogwandler 5 Flip-Flop-Anordnungen 7 und 8 Subtraktionsschaltkreis 9 Subtraktionsschaltkreis 10 UND-Gatter 11,13 md 28 NAND-Gatter 12,14,17,18,22 und 23 Flip-Flops 15 und 16 Flip-Flops 20 und 25 ODER-Gatter 19 und 21 Inverter 24

Burr Brown ADC 85C-10 Signetics25Cl5
National DM 8095
Burr Brown DAC 60-10 Texas Instruments Ina Serien Nr. 74 174 Texas Instruments Ina Serien Nr. 74 283 Texas Instruments Ina Serien Nr. 74 283 Texas Instruments Inc. Serien Nr. 7408 Texas Instruments Inc. Serien Nr. 7400 Texas Instruments Ina Serien Nr. 74 279 Texas Instruments Ina Serien Nr. 7474 Texas Instruments Ina Serien Nr. 7432 Texas Instruments Ina Serien Nr. 7404

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

50

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60

O¹J

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer naturgetreuen Digitaldarstellung von Amplitudenänderungen eines Analogsignale, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Folge von aufeinanderfolgenden Abtastperioden zwei Digitalworte entsprechend dem Minimalwert (MIN 1) und dem Maximalwert (M AX1) des Analogsignale in der jeweiligen Abtastperiode (Pi) gebildet werden, daß untersucht wird, welcher der beiden Werte am relevantesten im Hinblick auf eine naturgetreue Darstellung des Signals ist, daß der relevante Wert gespeichert und der andere Wert unterdrückt wird und daß die Werte in der Reihenfolge ihrer Speicherung alisgelesen werden.

ίο

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Digitahvorte in der Reihenfolge ihrer

Erzeugung gespeichert werden, sofern sie beide neue Minimal- und Maximalwerte und somit relevante Werte darstellen, wobei der zuerst erfaßte Wert in der jeweiligen Abtastperiode und der andere Wert in der nächstfolgenden Abtastperiode gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gespeicherten Werten beim Auslesen Spannungsvektoren gebildet werden, die für eine sichtbare Darstellung herangezogen werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

erste Einrichtungen (7,8,9,10,3,4), die an die Signalquelle angeschlossen sind und der Ableitung der beiden

Digitalwerte entsprechend dem Minimal- und Maximalwert dienen;

zweite Einrichtungen (30,36), die an die ersten Einrichtungen angeschlossen sind und in jeder der aufeinan-

derfolgcnden Abtastperioden eine erste Vektorspannung, deren Größe durch die Differenz zwischen den Minims*- und Maximalwerten in der vorhergehenden Abtastperiode vorgegeben ist, und eine zweite Vektorspannung erzeugen, deren Größe im wesentlichen konstant ist; und

dritte Einrichtungen (31—35), die an die zweiten Einrichtungen angeschlossen sind und das effektive Ergebnis der ersten und zweiten Spannungsvektoren anzeigen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vektorspannung eine Zeitbasis

darstellt

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Einrichtungen eine Einrichtung (33) zur Erzeugung einer visuellen Darstellung umfassen, mit der der Reihe nach die Folge resultierender Vektorspannungen und somit die Amplitudenänderungen während einer Zeitperiode des Signals darstellbar

sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Elektronenstrahlröhre (33) zur visuellen Darstellung der Folge von Vektorspannungen.

8. Vorrichtung nüch Anspruch 4 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch

Einrichtungen (7, 8) mit einem Ein- und einem Ausgang, wobei der Eingang jeweils an die Signalquelle angeschlossen ist und der Abgang in jeder Abtastperiode zwei Digitalworte entsprechend dem Minimum und dem Maximum ausgibt;

einen Umlaufspeicher (3), der mit seinem Eingang an die Ausgänge der genannten Einrichtungen (7, 8) angeschlossen ist und eine vorbestimmte Anzahl der nacheinander erzeugten Digitalworte speichert und der an seinem Ausgang der Reihe nach die gespeicherten Digitalworte ausgibt, wobei bßi der t- fsgabe des ersten gespeicherten Digitalwortes am Ausgang ein neues Digitalwort am Ende des Zyklus von den genannten Einrichtungen (7„8) eingegeben wird;

einen Digital/Analogwandler (5), der an den Ausgang des Umlaufspeichers (3) angeschlossen ist; eine erste Vektor-Erzeugungseinrichtung (30), welche mit der Ausgabe von Digitalworten durch den Umlaufspeicher (3) synchronisiert ist, um in jedem der aufeinanderfolgenden Intervalle eine Vektorspannung zu erzeugen, deren Größe der Differenz zwischen dem Minimal- und Maximalwert entspricht; und

eine zweite Vektor-Erzeugungseinrichtung (36) zur Erzeugung von im wesentlichen konstanten Vektorspannungen, wobei die von den beiden Einrichtungen (30,36) erzeugten Vektorspannungen der Ablenkung eines Elektronenstrahls auf dem Bildschirm einer Elektronenstrahlröhre (33) dienen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Sortiereinrichtungen (9, 10) zwischen dem Ausgang der ersterwähnten Einrichtungen (7, 8) und dem Eingang des Umlaufspeichers (3), um festzustellen,

welches der Digitalworte in jeder der aufeinanderfolgenden Abtastperioden am relevantesten und im Umlaufspeicher für eine naturgetreue Wiedergabe zu speichern ist bzw. welches der Digitalworte zu unterdrükken ist, um die Speicherkapazität des Umlaufspeichers auf ein Minimum zu begrenzen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sortiereinrichtungen umfassen:

erste und zweite Speichereinrichtungen, in denen dem Minimum und dem Maximum entsprechende Datenworte gespeichert werden; und

Vergleichseinrichtungen, die die von den ersterwähnten Einrichtungen (7,8) ausgegebenen Digitalworte mit den in den Speichereinrichtungen zuvor gespeicherten Minimal- und Maximalwerten vergleichen, wobei die Vergleichseinrichtungen aufweisen:

Subtraktionseinrichtungen, um die folgenden neuen Minimum- und Maximum-Digitalworte von den in den ersten und zweiten Speichereinrichtungen gespeicherten Digitalworten zu subtrahieren, wobei neue Digitalworte in den Speichereinrichtungen gespeichert werden, sofern die gebildeten neuen Digitalworte neue Minimum- und Maximumwerte darstellen;
einen logischen Schaltkreis, der beim Vorliegen neuer Minimum- und Maximumwerte festlegt, welcher der

beiden Werte in den Umlaufspeicher zu laden ist, wobei dieser logische Schaltkreis aufweist:

ein an den Vergleichsschaltkreis angeschlossenes erstes Flip-Flop (16), welches gesetzt wird, wenn ein

Minimalwert während der Abtastperiode ermittelt wird;

ein an den Vergleichsschaltkreis angeschlossenes zweites Flip-Flop (15), welches gesetzt wird, wenn ein

Maximalwert ermittelt wird, und dabei beide Flip-Flops (15,16) am Ende einer jeden Abtastperiode zurückgestellt werden;
eine Verriegelung (20);

ein ODER-Gatter (19), das die Ausgänge der beiden Flip-Flops (15,16) mit dem Takteingang der Verriegelung (20) verbindet, wobei der Eingang (D) der Verriegelung (20) an einen Ausgang des Vergleichsschaltkreises angeschlossen ist, so daß beim Takten der Verriegelung (20) in einer Abtastperiode deren Ausgang anzeigt, ob ein Minimal- oder ein Maximalwert während der Abtastperiode zuerst gefunden wurde; und eine an die Verriegelung (20) angeschlossene Einrichtung, um den zuerst aufgetretenen Minimal- oder Maximalwert in den Umlaufspeicher (3) zu laden und den Logikschaltkreis in die Lage zu versetzen, das andere Datenwort während der nächsten Abtastperiode in den Umlaufspeicher zu ladea