Устройство для цифровой обработки аналогового сигнала

(191 (31 У ОПИСАН А ВТОРСКОМ ИЗОБ ЛЬСТ тво СССР 2, 1971, о СССР /46, 1986 1981 с 8 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 3266/24-2407.8805.90, Бюл. М 19титут кибернетикГлушкова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА(57) Изобретение относится к цифровойвычислительной технике, Цель - расширение функциональных возможностейустройства за счет определения в цифровой форме наибольшего и наименьшего значений аналогового сигнала.Устройство содержит схему 1 сравнения, генератор 2 импульсов, счетчики35, дешифраторы 6, 7, цифроаналоговый преобразователь 8, регистры 9,10, элементы И 1116, элементыНЕ 17, 18. 2 ил.Изобретение относится к цифровойвычислительной технике и может бытьиспользовано при решении задач медицинской и технической диагностики,Цель изобретения - расширение5функциональных возможностей устройства за счет определения в цифровойформе наибольшего и наименьшего значений аналогового сигнала.На Фиг.1 представлена схема устройства для цифровой обработки аналогового сигнала; на фиг.2 - временнаядиаграмма, поясняющая принцип егодействия,15Устройство для цифровой обработкианалогового сигнала содержит (Фиг,1)схему 1 сравнения, генератор 2 импульсов, первый 3, второй 4 и третий5 реверсивные счетчики первый О ивторой 7 дешифраторы нуля, цифроаналоговый преобразователь 8, первый 9и второй 10 регистры, с первого пошестой элементы И 11-16 первый 17и второй 18 элементы НЕ,25Устройство работает следующим образом.Обрабатываемый аналоговый сигналХ(Г.) поступает на первый вход схемысравнения. На второй вход этой схемы поступает компенсирующий аналого 31вый сигнал Хобратной связи свыхода цифроаналогового преобразователя 8. Если сигна.л Х больше сигнала Х (1) (режим "Недокомпенсация"),то на первом выходе схемы 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент И 11,иптульсы от генератора. 2 через элемент И 11 поступают на вход сложенияреверсивного счетчика 5, Содержимое 40этого счетчика увеличивается, чтов свою очередь вызывает увеличениеомпенсирующег о аналогового сигналакна выходе цифроаналоговогопреобразователя 8, Как только сигнал 45Хстановится равным сигналу Хс точностью до Р,( Е, - порог нечувствительности), схема 1 сравнениязакрывает элемент И 11,Если обрабатываемый сигнал Х 50меньше компенсирующего сигнала Х (С)(режим "11 ерекомпенсация"), то на втором выходе схемы 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент И 12, и импульсы от генератора 2 поступают ужена вход вычитания реверсивного счетчика 5. Содержимое этого счетчика уменьшается, что вызывает уменьшениекомпенсирующего сигнала Х,(1). Кактолько сигнал Хстановится равным сигналу Х(Г.) с точностью досхема 1 сравнения закрывает элементИ 12. Тем самым осуществляется следящее преобразование обрабатываемогосигнала Х(С) в цифровую форму, в процессе которого на выходах разрядовреверсивного счетчика 5 образуетсяпараллельный код, пропорциональныйтекущему значению сигнала Х, ана выходе элементов И 11 и 12 образуется реверсивный число-импульсныйкод, представляющий собой последовательность кодовых импульсов К и К;образуемых соответственно лри каждомэлементарном положительном и отрицательном приращениях сигнала,Кодовые импульсы К , образуемыена выходе элемента И 11, поступаютна вход сложения реверсивного счетчика 3 и через элемент И 13 на входвычитания реверсивного счетчика 4,Кодовые импульсы К , образуемые навыходе элемента И 12, поступают навход сложения реверсивного счетчикаи через элемент И 15 на вход вычитания реверсивного счетчика 3, Спомощью дешифраторов б и 7 осуществляется блокировка счета на вычитание в счетчиках 3 и 4, как только всоответствующем счетчике образуетсячисло нуль, Блокировка достигаетсятем, что при появлении в счетчике 3числа нуль на. выходе дешифратора 6,подключенного к нулевым выходам разрядов счетчика 3, образуется погенциал логической единицы, который через элемент НЕ 17 (инвертор) блокирует элемент И 15, Аналогичным об-,азом с помощь дешифратсра 7 и: а входа вычитанн счетчика 4,В начале цикла ооработки сиги,.лаХ(Г) в момент времени (фиг,2)помощью, например, кнопки начальнойустановки (не показана) на дополнительные управляющие входы регистров9 и 10, а также на входы начальнойустановки счетчиков 3 и 4 подаетсяуправляющий сигнал, посредством которого в регистры 9 и 10 по шинам параллельной передачи данных из реверсивного счетчика 5 заносится кодвеличины Х, представляющий собойзначение сигнала Х в момент времени , счетчики 3 и 4 обнуляются,5 15В результате ца выходах дешифраторов 6 и 7 образуются потенциалы логической единицы, которые открывают элементы И 16 и 14 и через элементы НЕ 17 и 18 блокируют входывычитания счетчиков 3 и 4В интервале времени между моментами 1 иоС (Аиг,2) сигнал Х(г.) возрастает,а значит, образуются кодовые импульсы К на выходе элемента И 11, Этиимпульсы поступают на вход сложенияреверсивного счетчика 3 и вход элемента И 13, который в данной ситуации заблокирован сигналом от дешифратора 7 нуля, В результате в указанный промежуток времени счетчик4 продолжает оставаться в нулевомсостоянии, а счетчик 3 работает насложение, причем содержимое этогосчетчика пропорционально текущемуположительному приращению сигналаХ(С) относительно его значения Хв момент времени СОдновременно каждый кодовый импульс К+ с выхода элемента И 11через элемент И 14, открытый сигналом логической единицы на выходедешиАратора 7 нуля, проходит науправляющий вход регистра 9В реЪгистр 9 по шинам параллельной передачи данных из реверсивного счетчика 5 последовательно заносятсякоды дискретных значений сигналаХ(Г) на указанном интервале времени, Следовательно, в момент времени в регистре 9 занесен код величины Х , представляющий собой наибольшее значение сигнала от моментаначала цикла обработки,В момент времени Т, (Аиг,2) происходит изменение знака приращениясигнала, а значит, на выходе элемента И 12 начинают образовыватьсякодовые импульсы К . Эти импульсыпоступают на вход сложения реверсивного счетчика 4 и на вход элемента И 15, Поскольку в реверсивномсчетчике 3 в данной ситуации содержится число, отличное от нуля, тона выходе дешиАратора 6 образуетсясигнал логического нуля, которыйблокирует элемент И 16 и через элемент НЕ 17 открывает элемент И 15.Поэтому в интервале межцу моментамивремени , и С кодовые импульсыК свободно проходят на вход вычитания счетчика 3, уменьшая содержимоепоследнего. Однако к моменту време 66370 6ци С содержимое этого счетчика ещеце достигнет нуля, поскольку значение сигнала Хбольше значения сигнала Х, Содержимое реверсивногосчетчика 4 увеличивается и к моментувремени С ., оказывается пропорциональным отрицательному приращению сигнала Х(г.) относительно значения Х 1наибольшего локального значения об 10рабатываемого сигнала от моментаначала цикла его обработки,В момент времени С (Аиг,2) происходит очередное изменение знака приращения сигнала Х(С) и снова образо 15вываются уже кодовые импульсы К+Эти импульсы поступают на вход сложения реверсивного счетчика 3 и открытый дешифратором 7 вход вычитанияреверсивного счетчика 4, Содержимоесчетчика 3 постоянно увеличивается,а счетчика 4 - уменьшается до техпор, пока в момент времени(Аиг,2), когда Х = Х содержимоесчетчика 4 окажется равным нулю, Вэтот момент времени С дешифратор7 блокирует элемент И 13, предотвращая дальнейший счет на вычитаниесчетчиком 4, и открывает элемент И 14,В результате, начиная с момента времени з, в регистр 9 снова записывается ицАормация из реверсивного счетчика 5, а значит к моменту временив регистре 9 содержится код величины Х, представляющей собой но 35 вое наибольшее значение обрабатываемого сигнала от момента Т, началацикла его обработки (Х) Х ),Начиная с момента времени(Аиг,2), сигнал Х(С) уменьшается, азначит, образуются кодовые импульсыК , которые поступают ца вход сложения счетчика 4 и вход вычитаниясчетчика 3. При этом содержимоесчетчика 4 в каждьй момент времени45 пропорционально текущему приращениюсигнала Х(С) относительно наибольшеголокального значения Х в течениецикла обработки сигнала, а содержимое счетчика 3 пропорционально текущему положительному приращению сигнала Х(г.) относительно наименьшего локального значения Х в течение цикола обработки сигнала.В моменты времении С (Аиг,2)55 происходят очередцыс изменения знака приращения сигнала Х(1), что вызывает изменения направления счетав счетчиках 3 и 4, Однако поскольку25 экстремальные сигналы Х и Х не являются ни наибольшими, ни наименьшими значениями сигнала, то ни в счетчике 3, ни в счетчике 4 числа нуль не образуется, а значит, не происходит срабатывание дешифраторов 6 и 7, Поэтому элементы И 14 и 16 остаются закрытыми и, следовательно, запись новой информации в регистры 9 и 10 не осуществляется.В момент времени 1, когда значение сигнала Х становйтся равным наи 7меньшему значению Хо, принятому в момент временисодержимое счетчика 3 становится равным нулю. При этом срабатывает дешифратор 6, закрывается элемент И 15 и открывается элемент И 16, В результате, начиная с момента времени С, счет на вычитание счетчика 3 прекращается и в нем сохраняется число нуль. Одновременно каждый кодовый импульс К осуществляет запись в регистр 10 информации из реверсивного счетчика 5, Таким образом, к моменту времени С в регистре 10 содержится код значения сигнала Х, представляющий собой новое наименьшее значение сигнала от момента времени , начала цикла его обработки.В интервале между моментами времени Г иэ (фиг,2) счетчик 3 работает на сложение, а счетчик 4 - на вычитание, причем содержимое счетчика 3 пропорционально локальному по 35 ложительному приращению сигнала Х(С) относительно наименьшего значения Х8 от момента Со начала обработки, а содержимое счетчика 4 пропорциональ 40 но отрицательному локальному приращению сигнала Х относительно наибольшего значения Х от моментаначала обработки. Ввиду того, чтоуказанные приращения отличны от нуля, 45то в течение рассматриваемого интервала времени депифраторы 6 и 7 несрабатывают, а значит, запись новой информации в регистры 9 и 10 неосуществляется.В момент времени(фиг.2) происходит очередное изменение знака приращения сигнала и счетчик 3 начинает работать на вычитание, асчетчик 4 - на сложение, В моментвремени Сц, когда значение сигналаХстановится равным наименьшему значению сигнала Х, в счетчике 3образуется число нульПри этом дешифратор 6 с помощью элемента НЕ 17и элемента И 15 блокирует вход вычитания счетчика 3, благодаря чемупри дальнейшем отрицательном изменении сигнала Х(С) число нуль в немсохраняется, и одновременно открываетэлемент И 16 В результате каждыйпоследующий кодовый импульс К , проходя через открытый элемент И 16 науправляющий вход регистра 10, осуществляет запись в регистр 10 информации из реверсивного счетчика 5,Отсюда следует, что к моменту времени , , когда происходит очередное1 физменение аналогового сигнала Х(С),в регистре 10 содержится код величиныХ представляющий собой новое наименьшее значение сигнала от моментаначала цикла его обработки,Начиная с момента времени когда образуются кодовые импульсы К ,счетчик 3 работает на сложение, асчетчик 4 - на вычитание, причем содержимое счетчика 3 пропорциональноположительному приращению сигналаХ(С) относительно наименьшего значения Х , а содержимое счетчика11 ф4 пропорционально отрицательномуприращению сигнала Х(Т) относительнонаибольшего значения Х 1,В момент времени Т, (фиг,2),когдасигнал Х(С) принимает значение Х,равное наибольшему значению Х, содержимое счетчика 4 становится равным нулю, Это вызывает срабатываниедешифратора 7, который блокируетдальнейший счет на вычитание в счетчике 4 и одновременно открывает элемент И 14В результате кодовые импульсы, поступая на управляющий входрегистра 9, осуществляют запись информации из реверсивного счетчика 5в регистр 9, Поэтому к моменту времени С окончания цикла обработкисигнала в регистре 9 содержится кодвеличины Х которая представляетсобой (фиг,2) наибольшее значение сигнала Х(г) в течение цикла его обработки, а в регистре 10 содержитсякод величины Х 1 представляющий со-.бой наименьшее значение сигнала Хв течение цикла обработки, (интервалавремени между контактами С,и Г) .Формула ИзобретенияУстройство для цифровой обработки аналогового сигнапа, содержащее схе15 б му сравнения, генератор импульсов,первый - шестой элементы И, первый ивторой элементы НЕ, первый - третийреверсивные счетчики, первый и второй дешифраторы и цифроаналоговыйпреобразователь, вход которого соединен с выходом первого счетчика, авыход - с первым входом схемы сравнения, второй вход которой являетсявходом устройства, а первый и второй выходы подключены к первым входам одноименных элементов И, вторыевходы которых соединены с выходомгенератора импульсов, выход первого.элемента И подключен к входам суммирования первого и второго реверсивных счетчиков, выход второго элемента И подключен к входу вычитания первого и входу суммирования второгореверсивных счетчиков, выход третьегоэлемента И соединен с входом вычитания второго реверсивного счетчика,выход которого подключен к входу первого дешифратора, выход которого соединен с входом первого элемента НЕ ипервым входом пятого элемента.И, выход третьего реверсивного счетчикаподключен к входу второго дешифратора, выход которого соединен с входом б 370 Овторого элемента НЕ и первым входом.шестого элемента И, о т л и ч а ющ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет определения наибольщего и наименьшего значений сигнала,в него введены первый и второй регистры, выход первого элемента НЕподключен к первому входу третьегоэлемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента Ии вторым входом пятого элемента И,выход которого подключен к входу уп 15 равления записью первого регистра,выход второго элемента НЕ соединен спервым входом четвертого элемента И,выход которого подключен к входу вычитания третьего реверсивного счет 20 чика, а второй вход - к выходу первого элемента И и второму входу шестогоэлемента И, выход котоРого соединенс входом управления записью второгорегистра, информационный вход которо 25 го обьединен с информационным входомпервого регистра и подключен к выходу первого реверсивного счетчика, выходы первого и второго регистровявляются одноименными информационнымивыходами устройства,