SU1335972A1 - Многоканальное устройство дл ввода аналоговых данных - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при построении высокопроизводительных систем сбора и обработки аналоговых данных, а также дл  сжати  информации при измерении и обработке совокупности входных величин,  вл ющихс  функцией пространственной координаты. Цель изобретени  - расширение области примене- .. ни  устройства за счет организации спектрального представлени  аналоговых данных и уменьшени  объема вводимой информации. Устройство содержит коммутатор, цифроаналоговый преобразователь , блок управлени , блок посто нной пам ти, блок вычислени  спектральных коэффициентов, преобразователь кодов. На информационные входы коммутатора в аналоговой форме поступают значени  измер емой функции пространственной координаты. Принцип работы устройства основан на спектральном разложении измер емой функции по базисной системе ор тогональных функций , т.е. на основе данных измерени  вычисл ютс  спектральные коэффициенты разложени , которые затем ввод тс  в ЭВМ. Информаци  о значени х базисных функций в точках измерени  хранитс  в блоке посто нной пам ти. В качестве базисных используютс  функции Хаара и Уолша, принимающие значени  . Это позвол ет упростить вычисление спектральных коэффициентов. Процессы измерени  и определени  спектральных коэффициентов совмещены по времени, 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл. С/)

Description

1133

Изобретение относитс  к измерительной и вычислительной технике и мажет быть использовано при построении высокопроизводительных систем сбора и обработки аналоговых данных, а также дл  сжати  информации при измерении и обработке совокупности входных величин,  вл ющихс  функцией пространственной координаты.

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  устройства за счет организации спектрального представлени  аналоговых данных и уменьшени  объема вводимой информации .

На фиг. 1 показана структурна  схема устройства; на фиг. 2 - пример реализации блока управлени ; на фиг.З

структурна  схема преобразовател  ко- 20сано несколько.

дов; на фиг. 4 - временные диaгpaм ы Процедуры измерени  и вычислени 

работы устройства; на фиг. 5 - примерспектральных коэффициентов совмещены

информации, записанной в блоке посто-во времени; к концу одного цикла из нной пам ти..мерени  (после опроса всех N датчиУстройство содержит коммутатор 1, 5ков) в узлах 10 оперативной пам ти

(ОЗУ 2) всех модулей накапливаютс 

аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, блок 3 управлени , блок 4 по- посто нной пам ти (ППЗУ), преобразователь 5 кодов, блок 6 вычислени  спек- тр-альных коэффициентов, состо щий из зо однотипных модулей 7, каждый из которых содержит узел 8 оперативной пам ти первой группы (ОЗУ 1), сумматор 9, узел 10 оперативной пам ти второй группы (ОЗУ 2), блок 11 буферных элементов , тактовый генератор 12, регистр 1.3 сдвига, элемент ИЛИ 14, два счетчика 15 и 16 и два дешифратора 17 и 18, а также шифратор 19, муль35

значени  ненормированных коэффициентов , определ емых соотношением С. Six; -(.,(1),

где С - К-й ненормированный спект-

ральный коэффициент; X - ординаты измер емой пространственной функции; Ц иС )- значение К-й базисной функции в i-й дискретной точке. В предлагаемом устройстве используютс  системы базисных функций Хаара и Уолша, принимающих значени  ±1,0,

типлексор 20, магистральньш передат- 40 что позвол ет операции умножени  свесчик 21, компаратор 22.

Устройство работает след ующим образом .

ЭВМ формирует команды Пуск,

Сброс, Запись, Считывание, Но- 45 числени  спектральных коэффициентов мер канала, Номер базисной функ- Код уставки, поступающие на

ции

входы блока 3 управлени , входы младших и старших разр дов адреса блока 4 посто нной пам ти и информационные входы второй группы преобразовател  5 кодов. В исходном состо нии при включении йитани  или в начале работы счётчики 15 и 16 и регистр 13 сдвига

разбит на четыре модул  7 (), каждый предназначен дл  вычислени  четырех спектральных коэффициентов (т 4). Дл  определени  спектральн gQ го состава входного сигнала по орто гональной системе базисных функций Хаара необходимо в ОЗУ 1 всех модулей 7 перезаписать шестнадцать нено мированных функций Хаара в шестнадц

блока 3 управлени  установлены в ну-gg ти дискретных точках. При этом ЭВМ залевое состо ние.дает восьмиразр дный двоичный код

Основным блоком системы  вл етс (фиг. 5), которьш включает в себ  код

блок 6 вычислени  спектрапьных коэф-номера базисной функции К (К 0,15 фициентов . Блок 6 содержит 1 моду-четыре двоичных разр да) и код номера

лей 7, при этом каж,г1, модуль позвол ет вычисл ть любые выбранные m спектральных коэффициентов за один

цикл измерени . Дл  запоминани  значений m базисных функций в каждом модуле предусмотрен узел 8 оперативной пам ти. В зависимости от характера измер емого сигнала в ОЗУ 1 всех модулей перезаписываютс  значени  выбранного набора (из 1-т N) ортогональных базисных функций, вход щих в набор базисов, хран щихс  в блоке 4 посто нной пам ти, который представл ет собой перепрограммируемое посто нное запоминающее устройство (ППЗУ). В ППЗУ записаны N ненормированных базисных функций в N дискретных точках. Таких базисов в ППЗУ может быть запи

значени  ненормированных коэффициентов , определ емых соотношением С. Six; -(.,(1),

где С - К-й ненормированный спект-

ральный коэффициент; X - ординаты измер емой пространственной функции; Ц иС )- значение К-й базисной функции в i-й дискретной точке. В предлагаемом устройстве используютс  системы базисных функций Хаара и Уолша, принимающих значени  ±1,0,

ти к операци м алгебраического сложени  .

Если число входных переменных х равно шестнадцати (N 16), блок 6 вычислени  спектральных коэффициентов

разбит на четыре модул  7 (), каждый предназначен дл  вычислени  четырех спектральных коэффициентов (т 4). Дл  определени  спектрально- го состава входного сигнала по ортогональной системе базисных функций Хаара необходимо в ОЗУ 1 всех модуей 7 перезаписать шестнадцать ненормированных функций Хаара в шестнадцадискретной точки i (i 0,15), и посыпает импульсы записи. Два старших разр да кода номера базисной функции поступают на вход старших разр дов ад-г раса блока 4 посто нной пам ти, а два младших разр да номера базисной функции и четыре разр да кода номера дискретной точки поступают на вход младших разр дов адреса блока 4. При та- 10 кой организации в ОЗУ I первого модул  7 записываютс  первые четыре функции Хаара последовательно в шестнадцати дискретных точках (так как имеютс  импульсы записи на первом выходе 15 дешифратора 18 блока 3 управлени ). Затем по вл ютс  импульсы записи на втором выходе дешифратора 18 и следующие по пор дку четыре функции Хаара записываютс  в ОЗУ 1 второго модул  720 жимого первых  чеек ОЗУ 2 (соответ- и т.д. В ОЗУ 1 четвертого модул  7 ствующие адресу записи 01) записыва- запишутс  четыре последних функции етс  оп ть в первые  чейки ОЗУ 2. Хаара в шестнадцати дискретных точках. Сигналы Такт 3 (п тый выход регистПосле того, как заканчиваетс  ре- ра 13 сдвига) и Такт 4 (шестой выжим перезаписи базисных функций, сиг- 25 ход регистра 13 сдвига) осуш;ествл ют налом Пуск начинаетс  процесс изме- аналогично формирование новых час тичлени  (в данном случае коду 00 первого счетчика 15) открываютс  нулевые  чейки всех ОЗУ 2 (в исходном состо нии все  чейки ОЗУ 2 обнулены). Задним фронтом сигнала Такт 1 (инверсный выход элемента 1-ШИ 14) алгебраическа  сумма результата измерени  и содержимого нулевых  чеек ОЗУ 2 оп ть записываетс  в нулевые  чейки ОЗУ 2.

Во врем  действи  сигнала Такт 2 (формирующегос  на четвертом выходе регистра 13 сдвига) на выходах ОЗУ 1 всех модулей устанавливаютс  значени  первой, п той, дев той и тринадцатой (Н,, Hj, Hq, H,j ) функций Хаара в той же пространственной точке, и результат алгебраического суммировани  измеренного значени  и содеррени  и вычислени  спектральных коэффициентов . При поступлении сигнала Пуск в блок 3 управлени  генератор 12 тактовых импульсов формирует импульсы, поступаюш;ие на регистр 13 сдвига, которьш начинает формировать последовательность импульсов, сдвинутых по времени относительно друг друга (фиг. 4). Во врем  действи  сигнала на первом выходе регистра 13 сдвига ЭВМ задает код номера канала (например, 000 0) на входы 3 группь блока 3 управлени  и с его выходов 1 поступает код на адресные входы коммутатора 1, который подключает аналоговый сигнал соответствующего датчика (xg) к измерительному входу АЦП 2, в котором начинаетс  процесс А-Ц-пре- образовани  по управл ющему сигналу с выхода 2 блока управлени , который заканчиваетс  к моменту по влени  импульса на третьем выходе регистра 13 сдвига. Вычисление частичных сумм (x; tp(i)) в модул х производитс  за m тактов, в нашем примере за четыре такта. Передним фронтом импульса Такт 1 fформирующегос  на третьем выходе регистра 13 сдвига на выходах ОЗУ 1 всех модулей устанавливаютс  значени  нулевой, четвертой, восьмой , двенадцатой (Нд, Н, Hg, Н ) функций Хаара в точке 0. По коду адреса записи с выходов 5 блока управжимого первых  чеек ОЗУ 2 (соответ- ствующие адресу записи 01) записыва- етс  оп ть в первые  чейки ОЗУ 2. Сигналы Такт 3 (п тый выход регистлени  (в данном случае коду 00 первого счетчика 15) открываютс  нулевые  чейки всех ОЗУ 2 (в исходном состо нии все  чейки ОЗУ 2 обнулены). Задним фронтом сигнала Такт 1 (инверсный выход элемента 1-ШИ 14) алгебраическа  сумма результата измерени  и содержимого нулевых  чеек ОЗУ 2 оп ть записываетс  в нулевые  чейки ОЗУ 2.

Во врем  действи  сигнала Такт 2 (формирующегос  на четвертом выходе регистра 13 сдвига) на выходах ОЗУ 1 всех модулей устанавливаютс  значени  первой, п той, дев той и тринадцатой (Н,, Hj, Hq, H,j ) функций Хаара в той же пространственной точке, и результат алгебраического суммировани  измеренного значени  и содерных сумм во вторых и третьих  чейках ОЗУ 2. При этом во вторые  чейки записываетс  результат, соответствуюш;ий значени м Хаара Н,, Н, Н,,, Н,, а в третьи  чейки записываетс  результат суммировани , учитываюш 1й значени 

ункций Н, HY, П

Н

5 В нулевой

точке. Таким образом в  чейках ОЗУ 2 записались следующие частичные суммы: о-Ч о(О), х.ерДо), х„.ср(0),. .. , „ .(О).

Далее блок управлени  подключает первый датчик на вход аналого-цифрового преобразовател  и при образовании нового результата измерени  производитс  суммирование кодов, хран щихс  в  чейках ОЗУ 2, с новым измеренным значением пространственного сигнала х с учетом значений базисных функций в первой точке: Xj, Cpo(0) + + X, Cfo( 1 ), Хд-ч,(0) + X, . q, (1),..., х„.с,у(0) + х,.ср,5-(1).

В итоге к концу цикла измерени  в  чейках ОЗУ 2 накапливаютс  ненормированные значени  коэффициентов Хаара:

С, x,.ef,(0)+x, ,.q.(2) +

+ ... + x,5-q (l5)

С, Хо-ср,(0) + x,.cf, (1) ,/2) + + ... + x,5-Lf,(l5)

C,s

+ X,

х„.ч.„(0) +

Ч .,(2)

После окончани  процесса вычислени  спектральньгх коэффициентов на вход 6 блока управлени  от ЭВМ поступает шестнадцать импульсов считывани , измен ющих состо ние счетчика 16 блока управлени , четырехразр дный выходной код которого  вл етс  адресом считывани  вторых ОЗУ всех модулей . Старшие два разр да этого кода поступают на входы дешифратора 17. Вьгкоды дешифратора 17 образуют входы разрешени  считывани  блока 11 буферных элементов. При поступлении первых четырех импульсов считывани  по вл - етс  разрешение считывани  на первом выходе дешифратора 7 и производитс  считывание первых четырех коэффициентов Хаара через блок 11 первого модул  7. При поступлении следующих че- тырех импульсов считывани  имеетс  разрешающий потенциал на втором выходе дешифратора 17 и производитс  считывание следующих четырех коэффициентов () из второго модул  и т.д.

В процессе считывани  коды ненормированных коэффициентов Хаара последовательно поступают на первые информационные входы преобразовате- л  5. Его основной частью  вл етс  схема нормировани  значений С, .включающа  шифратор 19 и мультиплексор 20 Принцип работы данной схемы заключаетс  в следующем. Так как функции Ха- ара, в базисе которых осуществл етс  разложение, имеют различные интервалы .определени  в диапазоне задани  измер емой пространственной функции, то и число суммирований частичных сумм дл  каждой группы вычисленных коэффициентов различно. Оно убывает по мере роста номера группы и зависит также от числа точек задани  пространственной функции. В силу этого, различными должны быть и нормирующие множители дл  различных групп коэффициентов.

В таблице приведены значени  нормирующих множителей в зависимости от номера коэффициента при числе точек измерени  Н 16.

Теоретически самых наибольших значений может достигать ненормирован-. ный коэффициент С в услови х, когда результаты измерени  во всех 16-ти каналах имеют максимальные по модулю значени  (х. кодируютс  дес тью двоичными разр дами):

I Г I о и

l oLaKC- 2

(2

(О

0

5 0

0 5 0 5

o

5

Дл  кодировани  данных значений достаточно 14 двоичных разр дов + знаковый . Максимальные модули всех последующих коэффициентов из групп, указанных в таблице, будут иметь уменьшающие кратно двум значени . В этом случае нормирование коэффициентов сводитс  к вз тию в процессе считывани  восьми (если выходной код С, восьмиразр дный ) старших значаш 1х разр дов в каждой из соответствующих групп г (дл  коэффициентов С и С, берутс  разр ды с 8 по 15, дл  С и С - с 7 по 14 и т.д.). Такой переменный сдвиг реализуетс  с помош,ью мультиплексора 20, который в зависимости от комбинации на адресных входах выбирает требуемую группу разр дов. Адрес формируетс  с помощью шифратора 19, управл емого кодом номера коэффициента, поступающим с выходов 3 блока управ- 5 лени . С выхода мультиплексора 20 код нормированных коэффициентов Хаара подаетс  на первый вход компаратора 22, где он сравниваетс  с установкой, поступающей из ЭВМ на входы D2. Приз- наком С больше установки разрешаетс  выдача данного С в ЭВМ.

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет совместить процессы измерени  и вычислени  спектральных коэффициентов, т.е. расширить функциональные возможности системы, а также осуществить сжатие информации. Уменьшение объема выходной информации зависит от отношени  количества коэффициентов , необходимых дл  аппроксимации пространственной функции с заданной погрешностью к числу входных величин N. Степень сжати  исходной информации зависит от вида входной функции , типа базисных функций, требуемой погрешности устройства. Отношение во многих случа х может быть значительным .

При этом общее быстродействие устройства практически не снижаетс , поскольку вновь введенные узлы представл ют собой цифровые блоки с более высоким быстродействием по сравнению с АЦП и коммутатором.

Узлы и блоки устройства могут быть реализованы на следующих серийно выпускаемых микросхемах: коммутатор 1 - К590КН2, АЦП2-К1113ПВ1, блок 4 посто нной пам ти (ППЗУ) - К556РТ5 или

К556РТИ, магистральный передатчик 21 К559ИП1, узлы 8 и 10 оперативной пам ти - К155РУ7, сумматор 9 - К155ИМЗ, блок 11 буферных элементов - К155ЛП8, шифратор 19 - К155ИВ1, мультиплексор 20 - К155КП7, компаратор 22 - К155ИМЗ, блок 3 управлени  - на микросхемах серии К155.

Claims (2)

1. Многоканальное устройство дл  ввода аналоговых данных, содержащее коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и блок управлени , первый выход и выходы первой группы которого соединены соответственно с управл ющим входом аналого-цифрового преобра- зовател  и адресными входами коммутатора , информационные входы которого  вл ютс  входами аналоговых данных устройства, выход коммутатора соединен с информационным входом аналого- цифрового преобразовател , отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени  устройства за счет организации спектрального представлени  аналоговых данных и уменьшени  объема вводимой ин- формации, устройство содержит блок посто нной пам ти, преобразователь кодов и блок вычислени  спектральных коэффициентов, содержащий сумматоры, буферные элементы и две группы узлов оперативной пам ти, адресные входы первой группы блока посто нной пам ти объединены с входами адреса записи узлов оперативной пам ти первой группы и  вл ютс  входами младших разр дов кода номера базисной функции устройства , адресные входы второй группы блока посто нной пам ти объединены с входами первой группы блока управлени  и  вл ютс  входами старших разр - дов кода номера базисной функции устройства , выходы блока посто нной пам ти соединены с информационными входами узлов оперативной пам ти первой группы, выходы которых соединены со знаковыми входами соответствующих сумматоров , выходы которых соединены с информационными входами соответствующих узлов оперативной пам ти второй группы, выходы которых соединены с первыми группами информационных входов соответствующих сумматоров и информационными входами соответствующих

0

5

g

0

35 40 45 50 55

буферных элементов, выходы которых объединены и соединены с информационными входами первой группы преобразовател  кодов, выходы которого  вл ютс  информационными выходами устройства, первый, второй, третий и четвертый входы блока управлени   вл ютс  соответственно входами Запись, Пуск, Сброс и Считывание устройства, входы второй группы блока управлени   вл ютс  входами номера канала устройства , выходы второй, третьей, четвертой и п той групп блока управлени  соединены соответственно с адресными входами преобразовател  кодов, входами адреса считывани  узлов оперативной пам ти первой группы, входами адреса записи узлов оперативной пам ти второй группы и входами адреса считывани  узлов оперативной пам ти второй группы, каждый из выходов шестой группы блока управлени  соединен с входом разрешени  записи соответствующего узла оперативной пам ти первой группы , каждый из выходов седьмой группы блока управлени  соединен с входом разрешени  считывани  соответствующего буферного- элемента, второй выход блока управлени  соединен со стробн- рующими входами узлов оперативной пам ти второй группы, выходы аналого- цифрового преобразовател  соединены с вторыми группами информационных входов сумматоров, информационные входы второй группы преобразовател  кодов  вл ютс  входами кода уставки устройства , блок управлени  реализует временную диаграмму работы.

2. Устройство по п. 1, о т л и - чающеес  тем, что, преобразователь кодов содержит шифратор, мультиплексор , компаратор и магистральный передатчик, выходы которого  вл ютс  выходами преобразовател , входы шифратора  вл ютс  адресными входами преобразовател , выходы шифратора соединены с адресными входами мультиплексора , выходы которого соединены с информационными входами магистрального передатчика и входами первой группы компаратора, выход которого соединен со стробирующим входом магистрального передатчика, информационные входы мультиплексора и входы второй группы компаратора  вл ютс  информационными входами соответственно первой и второй группы преобразовател .

0; 1

2; 3

Д-7

8-15

-3

э Мпадшие розрл ы II

Пуск

S3BM