Устройство для сжатия и обработки информации

).Б 151)5 С 08 С 1 /2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СССР к областиьной техвано вх системах использо зированн(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖАТИЯ И .ОБРА"БОТКИ ИНФОРИАЦИИ(57) ИзоЬретение относитсявычислительной и измерителники и может Ьытьразличных автомати ь 2сЬора и оЬработки информации, а также диагностического контроля. Цель изоЬретения - повышение информативности и достоверности устройства, Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, дифференцируащий элемент 2, первый 3, второй 4 блоки еравнения, генератор 5 импульсов, делитель б, формирователь 7 кодов, счетчик 8, первый блок 9 буфеоной памяти, блокиобработки, содержацие первый 10, второй 11, третий 12, четвертый 13 элементы И, триггер 14, первый 15, второй 16 элементы сравнения, элемент ИЛИ 17. Устройство также содержит элемент ИЛИ 18, элемент И-НЕ 19, элемент И 20, второй блок 21 буферной памяти. 6 ил.1742842 опорн Редактор И,Шул Т ауленкоЫттФаа тввае8 З Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ ВНИИПИ роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ставитель О.БогомоловаеД М,Моргентал Коррект Иььхдирр. м-тА17 ч 2812 Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике иможет быть использовано в различныхавтоматизированных системах сбора иоЬработки информации, а также диагностицеского контроля.Известно устройство для обработкии сжатия информации, содержащее регистр текущей выборки, информационныевходы которого являются информационными входами устройства, выходыразрядов подключены к информационнымвходам блока оперативной памяти и первым информационным входам регистрачисла, выходы младших разрядов соединены с первыми информационными входами сумматора, вторые информационныевходы которого подключены к первомувыходу блока оперативной .памяти, ин- Юформационные выходы сумматора соединены с информационными входами узласравнения с допуском выход которогоподключен к первому входу первогоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, тактовым входом блокаоперативной памяти и тактовым входомрегистра числа, выход которого является первым выходом устройства, 30второй выход и второй информационныйвход регистра числа соединены соответственно с информационными. входоми выходом блока буферной памяти,тактовый вход которого объединен свычитающим входом реверсивного счет"чика и является первым тактовымвходом устройства, управляющие вы-,зоды реверсивного счетчика соединеныс первыми входами первых элементовИ, вторые входы которых являютсявторыми тактовыми входами устройства,выходы реверсивного счетчика соеди"нены с тактовыми входами узла срав"нения с допуском.45Недостатком данного устройстваявляется его низкая эффективностьпри.высокой динамике измеряемогопроцесса, так как существенной. вы-:.боркой может быть признано аномальное измерение, а при малом изменениивходного сигнала идет накоплениеошибки эа счет компромисса междубыстродействием и шагом сравненийвходной велицины.Наиболее близким яо техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, генера" тор импульсов, выход генератора им" пульсов соединен с входом первого делителя частоты, выход которого соединен с управляющим входом аналого. цифрового преобразователя и с входом счетчика, триггер, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, выход аналого-циФрового преобразователя соединен с входом первого блока буферной памяти, регистр сдвига, выход которого подключен к первому входу вычислителя, второй вход которого объединен с входом регистра сдвига, выход вычислителя соединен с входом квадратора, выход квадратора соединен с входом усреднителя, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, к второму входу которого подключен выход блока постоянной памяти, первый и второй выходы блока сравнения соединены соответственно с,вторыми входами первого и второго ключей., выход первого ключа соединен с суммирующим входом сумматора, выход второго ключа соединен с выцитающим входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом .коммутатора, информационные входы которого соеди" нены с соответствующими выходами второго делителя частоты, выход коммутатора соединен с управляющим входом регистра сдвига, выход второго Ьлока Ьуферной памяти является выходом устройства, третий ключ.1Ф Недостатком известного устройства является его низкая информатив.; ность, обусловленная негибкостью работы устройства, возможностью пропуска аномальности в существенной выборке и накоплением ошибки при ма" лом изменении входного сигнала за счет шага определения существенной выборки,Предлагаемое устройство предназначено для увеличения информативности измерительной информации иповышения ее достоверности эа. счетпредварительной обработки.Цель изобретения - повышение информативности и достоверности устройстваВ устройство для сжатия и обработки информации, содержащее анало2 6первый вход элемента И-НЕ и второйвход аналого-цифрового преобразователя оЬъединены и подключены квыходу генератора импульсов, выход делителя частоты соединен с вторымивходами четвертых элементов И каналов обраЬотки информации, вторымвходом второго блока Ьуферной памяти и входом Формирователя кодов, выходыкоторого соединены с вторыми входами элементов сравнения соответствующихканалов обработки информации, выходвторого блока сравнения соединен с инверсными входами первых элементов И блоков обработки информации и свторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И.Предлагаемое устройство по сравнению с известным .отличается наличием дифференцирующего элемента,блока сравнения, Формирователя кодов, элемента И-НЕ, элемента ИЛИ,блоков обработки, каждый из которых содержит четыре элемента И, элемент ИЛИ, два элемента сравнения, триггер и их связями с остальными эле-: ментами схемы. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в устройство для сжатия и обработки информации указанные блоки проявляют новые свойства,что приводит к повышению информативности и достоверности путем отслеживания динамики и исключения аномальных значений входного сигнала.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2- реализация входного сигнала с малой динамикой; на фиг,3 - схема первого Ьлока сравнения и временные диаграммы его работы; на Фиг.4 - сигналы на входах соответствующих элементов устройства; на фиг.5 - структура и особенности дифференцирующего элемента; на фиг.б - структура Формирователя кодов.Устройство (фиг. 1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1 (АЦП), дифференцирующий элемент 2, первый 3, второй 4 блоки сравнения, генератор 5 импульсов, делитель 6, формирователь 7 кодов,. счетчик 8, первый блок 9 буферной памяти, блоки обраЬотки, содержащие первый 10, второй 11, третий 12, четвертый 13элементы И, триггер 14, первый 15,174284 го-цифровой:преобразователь, первый вход которого является. входом устройства, выходы соединены с одноименными и первыми входами первого блока буферной памяти, второй Ьлок буферной памяти, выход которого является выходом устройства, генератор импульсов, выход которого соединен с входом делителя частоты, 1 О счетчик, первый блок сравнения и элемент И, введены Формирователь кодов, дифференцирующий элемент, вто-рой блок сравнения, элемент И-НЕ, элемент ИЛИ и блоки обработки информации, каждый из которых выполнен на элементах И, элементе ИЛИ, триггере и элементах сравнения, выход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента И, выход ко торого соединен с прямым входом третвего элемента И и с первым входом триггера, инверсный выход которого соединен с инверсным входом третьего элемента И, прямой выход триггера и выход третьего элемента И соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов сравнения выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с пврвым входом четвертого элемента И, выходы четвертых элементов И блоков обработки информации соединены с соответствующими первыми входами второго блока буферного памяти, вторые входы вторых элементов И блоков обработки информации подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преоЬразователя, выход счетчика соединен с вторым входом первого блока буферной памяти, выходы которого соединены с третьими входами эле", ментов ИЛИ соответствующих блоковобработки информации, вход дифференцирующего элемента подключен к входу устройства, выход соединен с входами генератора импульсов, первого и второго блоков сравнения, первый выход первого блока сравнении соединен50 с первым входом элемента ИЛИ и пер. выми прямыми входами первых элемен- . тов И всех блоков обработки информации, второй выход первого Ьлока сравнения соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом счетчика, вторые входы триггеров и вторые входы первых элементов И каналов обработки информации,7 174 второй 16 элементы сравнения, элемент ИЛИ 17, устройство также содержит элемент ИЛИ 18, элемент И-НЕ 9, элемент И 20, второй блок 31 буферной памяти. Формирователь 7 содержит счетчик 7,и блок 7,2 постояннойпамяти, вход считывания которого соединен с счетным входом счетчика 7.1 и выходом делителя 6, выходы счетчика 7.1 являются адресными вхо." дами блока 7.2.АЦП 1 с управляющим входом может быть реализован по известной схеме, дифференцирующий элемент 2 - по известной схеме, с дополнением, генератор 5 может быть выполнен на базе прецизионного триггера Шмитта, у которого входной сигнал поступает на вывод, блок 3 - двух- пороговый компаратор, блок 4- известный блок 7.2 может быть выпол; нен на МКС К 155 РУ 2,.элементы 15 и 16 сравнения - это компараторы, где для каждого разряда может быть использованв известная схема, передавая через мультиплексор на выход результат сравнения самых старших из несовпадающих разрядов. Для сравнения 4- и 5-разрядных чисел выпускются ИИС, например БМ 7485, счетчик 8 - асинхронный счетчик на вбсемь, причем импульс старшего разряда поступает в блок 9 и одновременно на : вход установки в "О" счетчика 8,Вход устройства подключен к пер" вому входу АЦП 1 и входу дифференцирующего элемента 2, выход которого соединен с входами блоков 3 и 4,гене" ратора 5, выход которого подключен к второму входу АЦП 1, а через дели тель 6 - к входу блока 7 и второму входу блока 2, Выход которого является выходом устройства. Группа выходов АЦП 1 соединена с первыми (информационными) входами блока 9, второй вход которого подключен к выходу счетчика 8, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 20, Выход генератора 5 также под" ключен через элемент И"НЕ 19 к второму входу элемента И 20, первый вход которого соединен с вторым вы" зодом блока 3, первый выход которого через элемент ИЛИ 18 подключен к второму входу элемента И"НЕ 19, Выход блока 4 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 18, а также с инверсным 2842 8входом элемента И 10 каждого блокаоЬработки,Второй, первый прямые входы, выхо"5ды элемента И 1 О подключены соответственно к выходу генератора 5,первому выходу блока 3, а черезэлемент И 11 - к информационному первому входу триггера 14, прямой выход1 О которого через элемент 15 сравнения,элементы ИЛИ 17, И 13 соединен с соответствующим первым входом Ьлока 21.Соответствующий выход АЦП 1 подключенк второму входу элемента И 11, выходкоторого соединен через элемент И 12,элемент 16 с вторым входом элементаИЛИ 17. Третий вход элемента ИЛИ 17каждого блока обработки подключенк соответствующему выходу блока 9.2 ф Второй вход элемента И 1 О такжесоединен с вторым (тактирующим) входом триггера 14, инверсный выходкоторого подключен к инверсному входуэлемента И 12. Выход делителя 6соединен с вторыми входами элементовИ 13 блоков обработки, вторые входыэлементов 15 и 16 которых, крометого, соединены о соответствующимивыходами Формирователя 7. Устройство30 позволяет в соответствии с динамикойвходного процесса изменять частотудискретизации, а также исключатьаномальные измерения и накапливающиеся ошиЬки при малой динамике про"цесса.Устройство работает следующимобразом.На вход устройства сжатия и обработки информации поступают аналоговые сигналы от датчиков в виде меняющего во времени напряжения.Для простоты описания работы устройства предположим; что обслуживают только один датчик, который выдает непрерывный во времени ана" логовый сигнал Яс). Тогда при пода" че питания на устройство его блоки устанавливаются в исходное состояние, в котором счетчик 8 импульсов,блок 9, элементы 15 и 16 сравненияочищены, генератор 5 начинает работу сразу же при включении устройства.Поступающий на вход устройствааналоговый сигнал 0(й) действует одновременно на АЦП 1, частота дискре"тизации которого зависит от управляющего напряжения, и на дифференцирующий элемент 2, Последний сле"дит за скоростью изменения напря" жения поступающего с датчика, и выполняет функцию Д 0/д . Полученное на выходе дифференцирующего элемента 2 напряжение поступает одновременно на генератор 5, где в зависимости от величины поступившего напряжения изменяется частота генерируемого тактового сигнала, а также на блоки 3 и 4 сравнения, которые представляют собой компараторы.. Блок 4 производит сравнение пос" тупающей величины д Ид ; с величиной задаваемого опорного напряжения 1 . Опорное напряжение 0 выбирается заранее на основе имеющихся опытных данных или же расчетным путем, его физический смысл - максимальная скорость изменения входного процесса. Следовательно, блок 4, выдавая. на выходе сигналБ/Д; -" Ц , сигнализирует о наличии аномального измерения. Сигнал о наличии аномального измере" ния с выхода блока 4 поступает одно- . временно для обработки на инвертирующий вход элемента И 10, а также на второй вход элемента ИЛИ 18, Блок 3 производит сравнение величины поступающего из Ьлока 2 напряжения 3 О/ Я й с величинами задаваемых напряжений И и ц(с ц) Величина напряжения 0 также выЬирается заранее на основе имеющихся априорных данных об измеряемых процессах или же рас четным путем.Физический смысл введенной константы 0 - это та минимальная скорость изменения входного процесса, при которой устройство воспринимает входной процесс, как изменяющийся во времени. Задаваемая величина У определяет коэффициент сжатия информа" ции. Варьируя величиной константы 0, можно изменять коэффициент сжатия в зависимости от программы испытаний, Блок 3 сравнения, определяя величину 0 с 3 Б/с С Б;, Фактически Формирует коридор существенных отсчетов, т.е. скорость изменения процесса, попавшая в этот промежуток , требует формирования очередного существенного отсчета, В зависимости от результата сравнения констант Ь 1 и 0 с величиной производной в текущий момент времени с выходов блока 3 выдается сигнал урпавления; соответственно на элементы И 10, ИЛИ 18 с первого выхода на элемент И 20 с второго, Временные диаграммы (Фиг.3) поясняют работублока 3, причем для него 0 = д 0/дьГенератор 5, получая с выхода элемента 2 напряжение с 0/Д с, вырьируетчастотой тактовых импульсов, управляя, таким образом, частотой дискретизации АЦП 1, Формированием временных ворот для элементов И 1 О, И-НЕ О 19 работой триггера 14.и блока 9,Кроме того, с выхода генератора 5импульсы поступают на. делитель 6(частоты), Выдача информации в каналсвязи с выхода блока 21 происходит 5 под управлением импульсов с выходаделителя б, у которого постоянныйкоэффициент деления. При малой динамике процесса возможен. случай,когда выборка в течение К-тактов ра- О боты подряд признается несущественной.В этом случае накаливается ошибкаЬ Б, максимум которой равенКАБ; , (1 =. 1 К) 25где ЬВ - ошибка в 1-м такте рабо,1ты, которая стремится впределе к значению величины(фиг,2).В целях исключения подоЬной ситуации в предлагаемое устройство вво-ЗО дится счетчик 8, который ведет под"счет количества следующих подряд несущественных выборок и при достижении заданного числа выдает сигнал вблок 9 буферной памяти. РаЬотой 35 счетчика Ь управляют элементы ИЛИ 18,И-НЕ 19, И 20Элемент ИЛИ 18 при, наличии на его входе одного из сигналов из Ьлоков 3 и 4 формирует уперавляющий сигнал на элемент И-НЕ 19 40 и в случае совпадения его с импульсом от генератора 5 элемент И-НЕ 19Формирует "временные ворота" элементу И 20 на пропуск результата сравнения Д Б/Д С сс второго выхода 45 блока 3 в качестве счетного импульсана счетчик 8.. С группы выходов АЦП 1 результатизмерения в цифровом коде поступаетв блок 9 и на соответствующие входы 50 элементов И 11 каждого из блоковобработки под воздействием тактовогоимпульса от генератора 5. ЭлементИ 10 в .зависимости от комбинациисигналом на его входе, выполняя Функцию У = Х 1 Хд ХЗ, где У Х 1, Х 2.,Х 5 - сигналы соответственно на выходе, первом, втором, третьем входах элемента, выдает управляющий импульс на элемент И 11, который, соответст11 174284212венно, управляет раЬотой элементаИ 12 и одновременно поступает напервый (информационный) вход триггера 14,Триггер 14 и элемент И 12 управляет поступлением на вход элементов15 и 16 соответственно нечетной ичетной существенных выборок, приэтом инверсный выход триггера 10соединен с инверсным входом элементаИ 12,С элементов 15 и 16 разряд су"щественной выборки поступает на эле"мент ИЛИ 17 на входе которого могутприсутствовать разряды от несущественной выборки, пришедшей из блока 9,или же существенной с элементов 15и 16. Один иэ этих разрядов поступаетна вход элемента И 13 и по управляю Ча а айаг 25 Е = аа,а а,Ча 4 аъагаМаа а а,маазагаМа1где а; - соответствует наличию "1".на-м входе блока 21;д. - соответствует присутствиюуНа входе эл мента 15 (16) каждогоблока обработки может встретитьсяодна из следующих комбинаций Х:Х = ЬеЬ 1 Ч Ь 2 Ь 1 ЧЬгЪЧЬгЬ 1 фгде Ь , Ь- означает наличие "1"на входе соответственно,от элемента 14(12) иформирователя 7.На выходе элемента 15(16) "1"в следующем случае: У(1) = ЬгЬ,УЬ Ь ЧЬгЬ110 н(О) =ЬЬТогда в нашем случаеа соответственно для каждого из четырех разрядов.Наличие дух элементов сравнения (элементы 15 ы 16) в каждом блоке обработки необходимо для повышения быстродействия работы устройства. Делитель 6 представляет собой обычный счетный триггер.На выход из блока 21 буферной па" мяти существенная выборка выдается по приходящим тактовым импульсам с выхода делителя б. 8 связи с тем, что коэффициент деления делителя 6 постоя нен, то выдача информации в канал связи с выхода Ьлока 21 происходит через интервалы времени щему сигналу, пришедшему от делителя6 частоты, пропускает разряд измерения на соответствующий вход блока 21.Поясним работу элементов 15, 16 оЬработки, 8 связи с тем, что элементы15 и 16 идентичны, опишем работуодного из них для случая, когда разрядность выдаваемого из АЦП 1 кодаравна четырем (и = 4).1 Формирователь 7 под воздействием тактового сигнала, прошедшего делитель 6, выдает контрольную константу, предположим 1010, и на вход Ьлока 21 Ьуферной памяти должен пройти код, вес которого меньше или равен этой константе. На входах блока 21 может присутствовать следующий результат ЯФага 1 Часаъа га,Чач а 1 а зага 1 Ч а+азага- коэффициент, пропорциональный коэффициенту деленияделителя 6.8 связи с этим достаточно обеспечить синхронизацию запуска часов уст" ройства с часами системы обработки данных, например, по моменту поступления входного сигнала для осуществления принципиальной воэможности восстановления сигнала (фиг.4).Входной процесс в виде напряжения представлен (фиг.4) на диаграмме. Имеются два характерных участка АБ, БВ и точка Г " аномальный выброс. Участок АБ характеризуется тем, что в его пределах для входного напряжения выполняется неравенство О б в -.-Од 0 вх2 Д; ф для участка БВ выполняется нера.д 0 вхвенство 02 На участке АВ на выходе диффереи"5 цирующего рлемента 2 (фиг,4 б).,напря- жение изменяется пропорционально скорости изменения входного напря-жения, в соответствии с ним изменяется частота генератора 5. (фиг.4 в).Напряжение на первом выходе Ьлока 3изменяется ступенчато (диаграмма Г),на втором выходе блока 3 - диаграмма Д. На последней имеется откликна аномальный выброс (точка Г на. 17диаграмме 4 а), который пока таковымне считается.На выходе Ьлока 4 - сигнал нулемвои (фиг.4 е) за исключением откликана аномальный выброс. На выходеАЦП 1 (фиг.4 ж) присутствует дискрет-ная величина, совпадающая по величине с реализацией входного процессав момент выдачи генератором 5 импульса. На участке ВГ реализациявходного процесса имеет малую динамику ЯУ е,Я с с Ц ) и частота опросаопределяется в осйовном разрядностьюсчетчика 8. Точка Г характеризуетработу блока.4На выходе блока 4имеется отдельный импульс, совпадающий по времени с аномальным выЬросом,который отражается в виде аномального измерения на выходе АЦП 1(Фиг,4 ж).Запись существенных отчетов вблок 21 осуществляется в моменты времени, пропорциональные частоте генератора 5 (диаграмма 4 з). Результатвозможной аппроксимации представленна эпюре 4 и. Отмеченные участки ГД,Д, бй (фиг.4 а) аналогичны соответс 1 венно ВГ, БВ и АБ,Таким образом, частота дискрети"зации подлежащих передаче сигналовизменяется в соответствии со скоростью изменения входного процесса приупрощении устройства. Исключение аномальных измерений и теперь существенных выборок при малой динамике входного процесса позволяет повысить дос"товерность получаемой информации. Формула изобретения 4284214 ботки информации, каждый из которыхвыполнен на элементах И, элементеИЛИ, триггере и элементах сравнения,выход первого элемента И соединенс первым входом второго элемента И,выход которого соединен с прямымвходом третьего элемента И и с первымвходом триггера, инверсный выход которого соединен с инверсным входом третьего элемента И, прямой выходтриггера и выход третьего элементаИ соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым ивторым входами элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с первым входомчетвертого элемента И, выходы четвертых элементов И блоков обработки информации соединены с соответствуюзими первыми входами второго блока буФерной памяти, вторые входы вторыхэлементов И блоков обработки информации подключены к соответствующимвыходам аналого-цифрового преобразователя, выход счетчика соединен свторым входом первого блока Ьуфернойпамяти, выходы которого соединены стретьими входами элементов ИЛИ соответствующих Ьлоков обработки информации, вход дифференцирующего элемента подключен к входу устройства, выход соединен с входами генератораимпульсов., первого и второго Ьлоковсравнения, первый выход первого блокасравнения соединен с первым входомэлемента ИЛИ и первыми прямыми входами первых элементов И всех блоковобработки информации, второй выходУстройство для сжатия и обработки информации, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый входкоторого является входом устройства, выходы соединены с одноименными и первыми входами первого блока буферной памяти, второй блок буферной памяти, выход которого является выходом устройства, генератор. импульсов, выход которого соединен с входом частоты, счетчик, первый блок сравнения иэлемент И, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше" ния информативности и достоверности устройства, в него введены Формиро" ватель кодов, дифференцирующий элемент, второй блок сравнения, эле" мент И"НЕ, элемент ИЛИ и блоки обрапервого блока сравнения соединен спервым входом элемента И, выход которого соединен с входом счетчикавторые входы триггеров и вторые вхо"ды первых элементов И каналов обраЬотки информации, первый вход элемента И-НБ и второй вход аналогоцифрового преобразователя объединены и подключены к выходу генерая 1 тора импульсов, выход делителя частоты соединен с вторыми входами четвертых элементов И каналов обработкиинформации, вторым входом второгоблока буферной памяти и .входом формирователя кодов, выходы которогосоединены с вторыми входами элементов сравнения соответствующих каналов обработки информации, выход второго блока сравнения соединен с инВхОй НОЕ 412 Г. 1 версными входами первых элементов И блоков обработки информации и с вторым входом элемента ИЛИ, выход 174284216которого соединен с вторым входомэлемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, 1742812