Claims (2)
Изобретение относитс к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах дл 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 изменени знака разности между стробируе 4ым текущим и дИскретизированным предыдущим значени ми сигнала. Численное дифференцирование в устройстве осуществл етс за два такта, а количество прецизионных аналоговых узлов уменьшено. В силу этого частотный диапазон устройства расширен сверху, однако в целом вл етс срав нительно ограниченным. t1 аи бол ее близким к предлагаемому вл етс устройство дл определени экстремумов, содержащее аналоговый запоминаний блок, двухтактный распределитель импульсов, генератор пр моугольных импульсов, схему сравнени , формирователь импульсов сброса, формирователь строб-импульса, инвертор , селектор, блок индикации , суммируиций элемент, делитель частоты 2 3. Известное устройство работает с переменным шагом дискретизации (так называема адаптивна дискретизаци ) и поэтому имеет более широкий частотный диапазон за счет снижени его нижнего предела. При адаптивной дискретизации вы- . борка значений входного сигнала U(t) осуществл етс не в каждом периоде работы генератора пр моугольных им98 когда выполпульсов , а лишь тогда, н етс условие U{t)Tn- ri dUK где п - необходимое дл вьшолнени услови (1) число периодов двум анализируемыми блоком индикации выборками; Тр-п - шаг дискретизаци. При переменном значении u(t) шаг дискретизации вл етс также переменной величиной. В таком устройстве частотный диапазон снизу существенно расширен, но по-премнему остаетс недостаточным дл анализа медленно мен ющихс элек рических сигналов. Расширению частотного диапазона снизу преп тствует максимальный шаг адаптивной дискр тизации, который должен удовлетвор т условию п TO , где врем хранени выборки аналогового запо минающего блока. Ограничение частотного диапазона сверху дл этого устройства обусловлено тем, что минимальный шаг дискре тизации Т, вл ющийс критерием быс родействи и фазовой погрешности, ограничен в соответствии с условием Тр . где 1щ„5-врем выборки аналогового запоминающего блока; , Л tx - врем срабатывани компаратора . При этом задерк ка включени цифро вых схем не учитываетс в силу ее ма лости. Кроме того, дл известного устрой ства ограничен выбор (в качестве измерительного блока цифро-аналоговог преобразовател , так как его врем преобразовани меньше минимального шага дискретизации. Наличие дополнительных аналоговых узлоп в известном устройстве (суммир ющий элемент, компаратор аналогового типа, аналоговый запоминающийс блок создает дополнительные аппаратурные погрешности в определении экстремумов . Цель изобретени - расширениеочас тотного диапазона и повышение точности определени экстремумов. Поставленна цель достигаетс тем что устройство дл определени экстр мумов, содержащее генератор пр моурольных импульсов, формирователь строб-сигналов, выход которого соеди нен с тактовым входом селектора, схе му сравнени , 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 управл ющим входом запоминающего регистра, вход аналого-цифрового преобразовател 1вл етс входом устройства, информационный выход аналого-цифрового преобразовател соединён с информационными входами регистра экстремальных значений и запоминающего регистра, а также с первым.входом схемы сравнени , выходы запоминающего регистра .и задатчика добавочного кода соединены с соответствующими информационными входами сумматора-вычитател , выход которого соединен с вторым входом схемы сравнени , синхронизирующий выход аналого-цифрового преобразовател соединен с входом формировател строб-сигналов, выход которого соединен с ,управл юи1им входом генератора пр моугольных импульсов и с входом элемента цифровой задержки, второй выход которого соединен с установочным входом селектора, выход генератора пр моугольных импульсов соединен с упраал юи1им уходом сумматора-вычитател , а первый и второй выходы блока индикации через элемент ИЛИ св заны с управл н цим 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 .пр моугольных импульсов, запоминающий регистр k, задатчик 5 добавочного кода, регистр 6 экстремальных значений, сумматор-вычитатель 7, схему 8 сравнени , 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, тр ггеры 20 и 21, элемент 22 задержки, элемент И-НЕ 23, элемент И 24. Устройство работает по принципу численного дифференцировани с предварительным преобразованием входного сигнала в код, выполн при этом функ ции определени f-OMeHTOB по влени экстремума и выдачу экстремальных зна чений входного сигнала в циЛробом коде . Результат дифференцировани с момента по влени экстремума вырабатываетс за два такта последовательных выборок кодированных значений сиг нала, причем выборка этих значений осуществл етс при адаптивной дискретизаиии по уровню. Устройство работает следующим образом . Входной электрический сигнал U(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразовател ЛЦП 1. Каждое новое кодированное значение N(t) входного сигнала устанавливаетс на информационном выходе АЦП 1 в момент по влени короткого импульса Конец измерени КИ на его синхронизирующем выходе (фиг. 2а). По срезу импульса КИ срабатывает формирователь 2 строб-сигнала, который вырабатывает сигналы, определ ющие временной интервал наблюдени длительности Т((фиг. 2с). Строб-сигналы запускает генератор 3 пр моугольных и 1Пульсов, работаю1чих в ждущем режиме . Выходной сигнал генератора 3 ( фиг. 2 d) на интервале Т рПринимает значени Ч и О и поступает на управл ющий вход сумматора-вычитател 7, который ;При этом сначала выполн ет операцию суммировани , а затем операций вычитани его входных цифpOBbix кодов. На первый информационный вход сумматора-вычитател 7 воздействует при произвольно выбранном моменте времени i+n предыдущее кодированное значение Ni(Т) входного сигнала , а на вторые его информационные входы - посто нное (установочное ) значение кода лН с выхода задатчика 5 При этом на выходе сумматора-вычитател 7 в такте суммировани по вл етс код М(Т), а в такте вычитани N(T) -ЛМ. , Схема 8 сравнени пройзводит сравнение двух п-разр дных чисел, одно из которых N (i +п) поступает с информационного выхода ЛЦП 1, а второе ступенчато-измен ющеес Nj(TJ + лЫ, HI (т) -дМ - с выходов сумматоравычитател 7. , При этом возможны следующие случаи . В моменты сравнени 0,2, 6, 9, 12, 15 (фиг. 2) . . N(T) + 4N N(i -«. п) М(Т) -4N N(i-+ п) В моменты сравнени 1, 3, . 5, 7 П, 13 . . Ni(T) -н лН N(i +п) Ni(T) - дМ N(i 4 п) В моменты сравнени 8, 10, Hi{T)+ йП N() NI(T)- ЛН МО + п) Установка значени добавочного цифрового кода л N производитс согласно услови лН л NnoM где /: Нпогл цифровой код помехи , пpиcVтcтвyющий на информационных выходах АЦП 1. Выходной сигнал схемы 8 сравнени анализируетс селектором 12, который вл етс управл ющим узлом , реали-зуюи (им адаптивную дискретизацию кодированных значений N(t) входного сигнала . В первом случае схема 8 сравнени на интервале I, -измен ет состо || | л т ., t ие из 1 в О или из О в М и, воздейству на пр мой и инверсный (через инвертор 10) входы селектора 12, измен ет состо ние из 1 . в,О или из О в -Г и, воздейству на пр мой и инверсный (через, инвертор 10) входы селектора 12, измен ет. положение его RS-триггеров 20 и 21 из О в 1. В результате этого дл рассматриваемого случа 1 упревЛЯЮ1ЧИЙ выход селектора 12 (выход элемента И-НЕ 23) принимает состо ние Ol, чем блокируетс формирование синхронизирующего импульса (выход элемента И 2k, фиг. 2 а), а также не обеспечиваютс услови дл срабатывани элемента И по окончании стробсигнала . Во втором случае схема 8 сравнени на интервале Т,рне переключаетс из О в 1 (или наоборот), а находитс в каком-то одном определенном состо нии , установленном на интервале действи импульса КИ. В этом случае селектор 12 вырабатывает синхронизирующий импульс (выход- элемента И 2, фиг. 2е}, а также разрешающий потенциал 1 на управл ющем выходе (выход И-НЕ 23), наличие которого обеспечивает срабатывание формирова79 тел t управл ющего импульса( фиг,2 от импульса, возникающего на первом выходе элемента 9 цифровой задержки по концу Tj.Импульсом с выхода формировател Т4 разрешаетс выборка в запоминающий регистр 4 кодированного значени NCt с информационных вы . ходов АУП 1. В следующий момент времени осуществл етс сброс RS-триггеров 20 и 21 селектора 12 импульсом фиг. 2Э со второго выхода элемента 9 цифровой задержки, формирующимс вслед за импульсом с его первого выхода. Таким образом, выборка значени N (t} в запоминающий регистр k проно в каждом цикле, а тольизводитс ко тогда. когда выполн етс условие M(i-ni)-N IT) 7,ut4, (2) где n может принимать любое значение натурального р да чисел, так как цифровые элементы пам ти (регистры) способна долговременно хранить записанную в них информацию. Таким образом , снимаетс ограничение снизу частотного диапазона. Ограничение сверху частотного диапазона зависит только от быстродействи примен емого АЦП. формирование моментов экстремума производитс 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 по влени максимума или минимума. Этот же импульс через схему ИЛИ 15 поступает на вход синхронизации регистра 6 экстремальных значений, обеспечива ему прием Экстремального кодированного знач ни Ыо.,рВыходного сигнала АЦП 1, Использование изобретени повышае точность и расшир ет частотный диапазон предлагаемого устройства. Формула изобретени Устройство дл определени экстре мумов, содержащее генератор пр моугольных импульсов, формирователь строб-сигналов, вь1ход которого соеди нен с тактовым входом селектора. 9 схему сравнени , 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 , отличающеес тем, что, с целью расширени частотного диапазона и повышени точности определени 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 управл ющим входом запоминающего регистра, аналогоцифрового преобразовател вл етс входом устройства, информационный выход аналого-цифрового преобразовател соединен с информационными входами регистра экстремальных значений и запоминающего регистра, а также с первым входом схемы сравнени , выходы запоминакйцего регистра и задатчика добавочного кода соединены с соответствующими .информационными входами сумматора-вычит тел , выход которого соединен с вторым входом схемы сравнени , синхронизирующий выход аналого-цифрового преобразовател соединен с входом формировател стробсигналов , выход которого соединен с управл кхцим входом генератора пр моугольных импульсов и с входом элемента цифровой задержки, второй выход которого соединен с установочным входом селектора, выход генератора пр моугольных импульсов соединен с уп|эавл ющим входом сумматора-вычитател , а первый и второй выходы блока индикации через элемент ИЛИ св заны с управл ющим входом регистра экстремальных значений. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №838702/2, кл.С 01 R , 1978. The invention relates to measuring and computing techniques and can be used in information-measuring systems for analyzing the parameters of random electrical signals. A device is known whose operation is based on comparing two subsequent positive samples of the test string containing an analog storage unit, comparator, trigger. , delay line, pulse generator, pulse distributor, NAND, OR gates, pulse shaper and digital voltmeterG. This device works on fixing the change in sign of the difference between the current 4th strobing and the previous signal values distinguished by the previous one. Numerical differentiation in the device takes two clocks, and the number of precision analog nodes is reduced. Because of this, the frequency range of the device is extended from above, however, in general, is relatively limited. t1 and its closest to the present invention is a device for determining extrema containing an analog memory block, push-pull pulse distributor, rectangular pulse generator, comparison circuit, reset pulse shaper, strobe pulse shaper, inverter, selector, display unit, summation element, frequency divider 2 3. The known device operates with a variable sampling step (the so-called adaptive sampling) and therefore has a wider frequency range by reducing its lower his limit. With adaptive sampling, you-. The set of input signal values U (t) is not carried out in each period of operation of the generator rectangular im98 when it is pulsed, but only then the condition U (t) Tn-ri dUK is satisfied where n is the number of periods necessary to fulfill condition (1) the samples analyzed by the display unit; Trp - discretization step. With a variable value of u (t), the sampling step is also variable. In such a device, the frequency range from below is significantly extended, but still remains insufficient for analyzing slowly varying electrical signals. Expansion of the frequency range from below is prevented by the maximum step of adaptive discretization, which must satisfy the condition p TO, where the storage time of the sample of the analog storage unit. The limitation of the frequency range from above for this device is due to the fact that the minimum discretization step T, which is a criterion for the relationship and phase error, is limited in accordance with the condition Tr. where 1shch 5-time sampling analog storage unit; , L tx is the response time of the comparator. In this case, the delays in the inclusion of digital circuits are not taken into account due to its smallness. In addition, for a known device, the choice is limited (as a measuring unit of a digital-analog converter, since its conversion time is less than the minimum sampling step. The presence of additional analog nodes in a known device (summing element, analog comparator, analog storage unit creates additional instrumental errors in the determination of extrema. The purpose of the invention is to expand the high-frequency range and improve the accuracy of determining extrema. This is attributed to the fact that a device for determining extrums, containing a generator of direct sealed pulses, a strobe signal generator, the output of which is connected to the clock input of the selector, a comparison circuit, the output of which is connected to the first inputs of the unit and the inverter whose output is connected to the second inputs of the display unit and the selector, the first output of which is connected to the synchronizing input of the display unit, additionally contains an analog-to-digital converter that stores a register, an extremum register values, master of the supplementary code, adder-subtractor, OR element, digital delay element and AND element, the first input of which is connected to the second output of the selector, the second input to the first output of the digital delay element, and the output from the control input of the memory register , the input of the analog-digital converter 1 is the input of the device, the information output of the analog-digital converter is connected to the information inputs of the register of extreme values and the storage register, as well as the first input of the circuit In addition, the outputs of the memory register and the additional code setter are connected to the corresponding information inputs of the adder-subtractor, the output of which is connected to the second input of the comparison circuit, the synchronizing output of the analog-digital converter is connected to the input of the strobe signalformer, the output of which is connected to the control input the generator of rectangular pulses and with the input of a digital delay element, the second output of which is connected to the installation input of the selector, the output of the generator of rectangular pulses with union of a upraal yui1im care adder-subtractor and the first and second outputs of the display unit through an OR gate coupled to the control input of the register n CIM extreme values. FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device and the execution of individual nodes; in fig. 2 - time diagrams of his work. The device contains analog-to-digital converter 1, shaper 2 string {5-signal, generator 3. Rectangular pulses, memory register k, setting unit 5 of the additional code, register 6 extreme values, adder-subtractor 7, comparison circuit 8, element 9 digital delay , inverter 10, display unit 11, selector 12, element OR 13, element AND N. Block, display 11 contains a synchronized trigger 15, shapers 16 and 17 pulses .. Selector 12 contains elements And 18 and 19, Tr gers 20 and 21, delay element 22, AND-NOT element 23, element AND 24. Device driver running on the basis of numerical differentiation with prior transformation to the input code, performs with the function f-OMeHTOB determining the occurrence of an extremum and issuing extreme values of the input signal in tsiLrobom code. The result of differentiation from the moment of occurrence of the extremum is produced in two cycles of consecutive samples of encoded signal values, and the sampling of these values is carried out at adaptive level discretization. The device works as follows. The electrical input signal U (t) is fed to the input of the analog-digital converter of LCP 1. Each new encoded value N (t) of the input signal is set at the information output of A / D converter 1 at the moment of the appearance of a short pulse. The end of the measurement of the CI at its synchronizing output (Fig. 2a ). By a cut of the CI pulse, the strobe signal shaper 2 is triggered, which produces signals determining the time interval for observing the duration T ((Fig. 2c). The strobe signals triggers the square-wave generator 3 and 1 Pulses operating in the standby mode. Generator 3 output signal ( Fig. 2 d) on the interval T p Accepts the values H and O and arrives at the control input of the adder-subtractor 7, which; First, it performs the operation of summing and then the operations of subtracting its input OBbix-code digits. The tester 7 acts at a randomly selected time point i + n, the previous coded value Ni (T) of the input signal, and its second information inputs - a constant (setting) code value lN from the output of the setting device 5. At the output of the adder-subtractor 7 in tact The code M (T) appears in the summation, and in the N (T) -LM. subtraction cycle, the comparison circuit 8 compares two n-bit numbers, one of which is N (i + n) from the information output of the LCP 1, and the second step-varying Nj (TJ + ly, HI (t) -dM - from the outputs of the equalizer 7., In this case the following cases are possible. At times of comparison, 0.2, 6, 9, 12, 15 (Fig. 2). . N (T) + 4N N (i - «. N) M (T) -4N N (i - + n) At the moments of comparison 1, 3,. 5, 7 P, 13. . Ni (T) -n lN N (i + n) Ni (T) - dM N (i 4 n) At times of comparison 8, 10, Hi {T) + yP N () NI (T) - LN MO + p ) The setting of the value of the additional digital code L N is made according to the conditions of NnoM where /: Nopl is the digital interference code detected by the information outputs of the A / D converter 1. The output signal of the comparison circuit 8 is analyzed by the selector 12, which is the control node, realizes it ( adaptive sampling of the coded values of N (t) of the input signal. In the first case, the comparison circuit 8 on the interval I, changes the state of || | lt., t is from 1 to O or from O to M and affects the forward oh and inverse (through inverter 10) inputs of selector 12, changes state from 1. in, O or from O to –G and, acting on the direct and inverse (through inverter 10) inputs of selector 12, changes position its RS flip-flops 20 and 21 from O to 1. As a result of this, for the case under consideration 1, the control output of the selector 12 (output of the NAND element 23) takes the state Ol, which blocks the generation of the clock pulse (the output of the element 2k, FIG. 2 a) and also the conditions for triggering the element I are not provided at the end of the strobe signal. In the second case, the comparison circuit 8 on the interval T, does not switch from O to 1 (or vice versa), and is in a certain definite state established on the interval of action of the QI pulse. In this case, the selector 12 generates a synchronizing pulse (output-element AND 2, Fig. 2e}, as well as permitting potential 1 at the control output (output IS-NE 23), the presence of which ensures the operation of the shaping body of the control impulse t (Fig. 2 from the pulse occurring at the first output of the digital delay element 9 at the end of Tj.The pulse from the output of the T4 generator allows sampling into the storage register 4 of the coded NCt value from the information output of the AUP 1. At the next moment of time, the RS flip-flops 20 are reset and 21 selek torus 12 by the pulse of Fig. 2E from the second output of the digital delay element 9, formed after the pulse from its first output. Thus, the sampling of the value N (t} into the memory register k is carried out in each cycle, and is only produced when the condition M (i-ni) -N IT) 7, ut4, (2) where n can take any value of a natural number of numbers, since digital memories (registers) can store information stored in them for a long time. Thus, the lower limit of the frequency range is removed. The upper limit of the frequency range depends only on the speed of the applied ADC. the extremum moments are generated using the indication block 11 by changing the sign of the derivative. In this case (moments 8, 11, and k in Fig. 2), the RS flip-flop 15 triggers, with the result that one of the formers (16 or 17 produces a pulse (Fig. 2) the moment of occurrence of the maximum or minimum. The same pulse through the scheme OR 15 is fed to the synchronization input of the register 6 of extreme values, ensuring that it receives the Extreme coded value of Ho, the output signal of the ADC 1, using the invention improves the accuracy and extends the frequency The range of the proposed device. Formula of the device for determining extrema, comprising a square pulse generator, a strobe signal generator, whose input is connected to the selector's clock input. 9 Comparison circuit, the OUTPUT of which is connected to the first inputs of the display unit and the selector and to the input. an inverter whose output is connected to the upstream inputs of the display unit and selector, the first output of which is connected to the clock input of the display unit, characterized in that, in order to extend the time total range and improving the accuracy of determining extrema, the device further comprises an analog-to-digital converter, a storage register, an extreme value register, an add-code setting unit, an adder, an OR element, a digital delay element, and an element whose first input is connected to the second selector output, the second input - with the first output of the digital delay element, and the output with the control input of the memory register, the analog-digital converter is the device input, the information the output of the analog-digital converter is connected to the information inputs of the extreme values register and the storage register, as well as to the first input of the comparison circuit, the outputs of the memory register and the incremental code setter are connected to the corresponding informational inputs of the adder-subtracted bodies, the output of which is connected to the second input of the comparison circuit , the synchronizing output of the analog-digital converter is connected to the input of the strobe signal generator, the output of which is connected to the control input of the generator rectangular pulses and the input of a digital delay element, the second output of which is connected to the selector input of the selector, the output of the rectangular pulse generator is connected to the control input of the adder-subtractor, and the first and second outputs of the display unit are connected through OR to the control the register of extreme values. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 838702/2, class C. 01 R, 1978.
2.Авторское свидетельство СССР по за вке W 2772929, кл„ G 01 R 19/04, 1979 (прототип).2. USSR author's certificate as per W 2772929, cl. G 01 R 19/04, 1979 (prototype).
llll
/) /)
Фиг.гFigg
ii
ffiffi
iSiS
////
/9/9
КTO
hh
titi
1one
.min.min
.max.max