Стохастический преобразователь аналог-код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСециалистическихРвспублик оо 911724(22) Заявлено 250680 (21) 2924620/18-21 1511 М. Кл з Н 03 К 1320 с присоединением заявки М -Государственный комитет. СССР по делан изобретений и открытийДата опубликования описания 07.03.82(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГ-КОД Изобретение относится к вычислительной технике и может;быть использовано для йзмерения аналоговых вели чин и их математичесхого ожидания.Известен стохастический преобразователь аналог-код, содержащий аналоговый блок умножения, аналоговый элемент памяти, генератор импульсов, делитель частоты, элемент сравнения, два элемента И, два реверсивных счетчика, преобразователь код-напряжение, ыесть ключей и два переключателя (11,Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет определить математическое ожидание только в том случае, если входной сигнал удовлетворяет условиям стационар- ностиИзвестен также стохастический преобразователь аналог-код, содержащий блок сравнения, вход которого через преобразователь код-напряжение соединен с выходами реверсивного счетчика, а два выхода соединены соответственно с первыми входами двух элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов (2. 2Недостатком устройства являютсяограниченные функциональные возможности, так как оно. не позволяетопределить математическое ожиданиедля нестационарных сигналов.цель изобретения - расширениефункцнонапьных возможностей.Укаэанная цель достигается темчто в стохастический преобразова",тель анадог,-код, содержащий блоксравнения, вход которого через пре"образователь код-напряжение соединенс выходами реверсивного счетчика,а два выхода соединены соответственно с первыми входами двух элементовИ, вторые входы которых соединеныс выходом генератора импульсовтвведены реверсивный счетчик с управляемым коэффициентом пересчета, 20 два ня"триггеры, четыре формирователя, три элемента ИЛИ, регистр сдвига, блок задержки и три переключа"теля, причем выходы первого и второго элементов И соответственно 25 через первый и второй контакты первого переключателя подключены ко входам реверсивного счетчика с управляеьйям коэффициентом пересчета, счет"ные выходы которого через третий и 30 четвертый контакты первого переклю"чателя соединены со входами реверсивного счетчика и с В и З-входами первого ВЗ-триггера, выходы которого через первый и второй формирователи соединены со входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу увеличения коэффициента пересчета реверсивного счетчика с управляемыа коэффициентом пересчета, выходы которого через второй переключатель соединены со,входами второго элемента ИЛИ и В и Б- входами второго ВБ-триггера, выходы которого через третий и четвертый формирователи соединены с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу регистра сдвига, выходы которого через третий переключатель соединены со входами уменьшения коэффициента пересчета реверсивного счетчика с управляеьым коэффициентом пересчета и блока задержки, выход которого. соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, а выход второго элемента ИЛИ подключен .к сдвигающему входу регистра сдвига.Яа Фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - структурная электрическая схема реверсивного счетчика с управляеьым коэффициентом пересчета,Устройство содержит блок. 1 сравнения, генератор 2 импульсов, реверсивный счетчик 3, преобразователь 4 код-напряжение, элементы И 5 и 6, реверсивный счетчик 7 с управляемым коэффициентом пересчета, блок автоматического увеличения коэффициента пересчета этого счетчика, состоящий из ВЗ-триггера 8, формирователей 9 и 10, элемента ИЛИ 11, блок автоматического уменьшения коэффициента пересчета,.состоящий из регистра 12 сдвига, элемента ИЛИ 13, ВЗ-триггера 14, формирователей 15 и 16, элемента ИЛИ 17, переключатели 18-20, блок 21 задержки, реверсивный счетчик 7 с управляемым коэффициентом , пересчета содержит двоичный реверсивный счетчик 22, триггер 23 зна, ка, регистр 24 сдвига, элементы И 25 - 37, элементы ИЛИ 38-40 и блок 41 задержки. 11, при х( - к ( Оу20 при х ( ) - 1)0 у 10 где х - входной аналоговый сигналу- напряжение на выходекпреобразователя код-напряжение.Таким образом, когда входная аналоговая величина.х окажется больше содержимого счетчика 3, то блок1 вырабатывает сигнал, который открывает элемент И 5, и сигналы с генератора 2, проходя через элемент И5 и переключатель 20, поступают навход сложения реверсивного счетчика3, увеличивая его содержимое на единицу в каждом шаге преобразования,Если же аналоговая величина окажетсяменьше содержимого реверсивного счетчика 3, то блок 1, в результате сравнения х(Ф) с 0 ,большим, чемх(4 ), вырабатывает сигнал Я, который открывает элемент И 6, и импульс с генератора 2 через элемент Йб и переключатель 20 поступает навхОд вычитания реверсивного счетчика 3, уменьшая его содержимое наединицу, Прн равенстве аналоговой35 величины содержимому реверсивногосчетчика 3 блок 1 закрывает элементы И 5 и б, прекращая поступлениеимпульсов с генератора 2 на входреверсивного. счетчика 3. При таком40 Функционировании устройства содержимое реверсивного счетчика 3 в каждом шаге дискретизации входного сигнала представляет собой значение. входной аналоговой переменной в циф 45 ровой. Форме.Во втором режиме устройство определяет оценку математьческого ожидания входного аналогового сигналав .текущий момент времени.При этом переключатель 20 находится в нйжнем положении, т. е. выходы элементов И 5 и б,подключенына входы реверсивного счетчика 7.Устройство в этом режиме работаетследующим образом.Блок 1 в каждом шаге дискретизации входного сигнала х сравнивает. его с линейно-компенсирующим напряжением 0 . Если х(1) 7 ПК(С 1)блок 1 открывает элемент И 5 и к н"60 содержимому реверсивного счетчика 7прибавится единица, При х(1)0й.блок 1 открывает элемент И 6, и отсодержимого реверсивного счетчика7 вычитается единица При х(с 1 65 = (Ъ(;) блок 1. вырабатывает сигнаВ устройстве предусмотрены три режима работы. Выбор режима осуществляется пвреключателем 20. В первом режиме производится преобразование входной "аналоговой величины в цицеро вой код. Вэтом режиме переключатель 20 устанавливается в верхнее положение, при котором выходы элеме тов И 5 и 6 подключаются непосредственно ко входам счетчика 3. При этом аналоговая переменная х поступает на вход блока 1, на второй вход которого поступает линейно-ступенчатое компенсирующее напряжение от преобразователя 4. В режиме слежения в произвольный момент времени С блок 1 вырабатывает сигналы Ч.( и йлы Ч = (= О, т. е. элементы И 5 и б закрыты, и содержимое реверсивного счетчика 7 не изменяется. Этот процесс повторяется в каждом шаге измерения. При этом, если содержимое реверсивного счетчика 3 меньше математического ожидания щ)(, то эа отрезок времени 1 вероятность появления мо ментов, когда Ок(1; )-с х, становится значительно больше, чем вероятность появления моментов, когда Ук(Г) 7 х(Г ). Количество импульсов, )которые поступают .с генератора 2 через элемент И 5 на вход сложения реверсивного счетчика 7 также значительно больше, чем количество им" пульсов, поступающих с генератора 2 через элемент И б.на вход вычитания. реверсивного счетчика 7. Благодаря этому через определенное. количество тактов происходит переполнение реверсивного счетчика 7. В результате на выходе. реверсивного счетчика 7 по является сигнал, который прибавляет единицу к содержимому реверсивного счетчика 3. Если содержимое реверсивного счетчика 3 вновь меньше математического ожидания, то вышеописанный процесс повторяется до тех пор, пока оно не становится равным математическому ожиданию. входного сигнала х( ). Если .же. содержимое реверсивного счетчика 3 больше математического ожиданияв переменной х(1 ), то при сравнении Ук(,;) с х(1) вероятность появленйя моментов, когда к(1) 1 х("), значительно больше, чем вероятностьпоявленИя моментов, когда (; )с х, Следовательно, в, этом случае количество импульсов, поступающих через элемент И 6 на вход . вычитания реверсивного счетчика 7, больше, чем количество импульсов, поступающих через элемент И 5 на вход сложения. При этом импульс переполнения вычитает из содержимого реверсивного счетчика .3 единицу. Это уменьшениепроисходит до тех пор, пока содержимое реверсивного счетчика 3 не становится равно математическому ожиданию переменной х(Г. ). Когда содержимое реверсивного счетчика 3 становится равно математическому ожиданию входной переменной х( ), то положительных н отрица" тельных переполнений на реверсивном счетчике 7 не происходит, так как число моментов, когда х(й.) Ъ к(.) и моментов, когда х(С) С УК(Г.), равно. В устройстве в начале работы коэффициент пересчета реверсивного счетчика 7 для быстрого достижения искомого значения х( ) устанавливается минимальным. При этом на реверсивном счетчике 3 происходит быстрое отыскание грубой оценки вХ. но содержимое счетчика 3, то увели-чиваясь, то уменьшаясь, изменяется вокруг. истинного значения искомойоценки. Изменение. знака переполненйя.реверсивного .счетчика 7 принимаетсяза признак недостаточности его разрядности. СиГналы; получаемые с выхода реверсивного счетчика 7, подаются ко входам установки. единицыи ноэля. триггера 8. При этом, еслипосле переполнения.с положительнымзнаком, когда триггер 8 устанавливается.в положение 1 ф, происходитпереполнение с отрицательным знакомили наоборот, после. отрицательногопереполнеиия происходит положительное, то триггер 8 меняет, свое состояние и на его. гыходе формирователем.9 или 10 формируется сигнал, кото"рый, прохОдя через элемент ЙЛИ 11,воздействует: на реверсивный счетчик7, увеличивая его разрядность наодин разряд. Таким образом, при каж 20 дом изменении знака переполненияреверсивного счетчика 7 устройствообеспечивает увеличение его разряд"ности на один разряд, а это, в своюочередь, увеличивает время перепол"р 5 нения реверсивного счетчика 7. Следовательно, увеличивается и время,за которое подсчитывается количествоотсчетов, больших и меньших, чемнайденная оценка. С увеличением это"го времени уменьшается вероятностьошибочного переполнения реверсивного счетчика 7. Поэтому не происходитошибочного изменения значения реверсивного счетчика 3, выражающего искомую оценку,Если процесс является нестацио нарным,необходимо,чтобы в моменты,изменения значения математическогоожидания для обеспечения быстройкоррекции ранее найденной оценки40 коэФфициент пересчетареверсивногосчетчика 7 автоматически уменьшался.Для этого в . устройстве предусмотрен третий режим, который дает возможность автоматического уменьше"45 ния коэффициента. пересчета, т. е.разрядности реверсивного счетчика .7,в моменты, когда изменяется значениематематического ожидания. уменьшениеразрядности реверсивного счетчика 7производится.при неоднократном переполнении содержимого некоторого количества его младших разрядов. Приэтом подсчитываются только количества подряд идущих переполнений одного знаха, Если знак переполнениямладших разрядов счетчика 7 и:меняется хоть один раз, то подсчетначинается снова, количество млад ших разрядов, с которых снимаетсясигнал переполнения, выбирается пе 60 реключателем 18. Количество подрядидущих переполнений одного и того,же знака подсчитывается в регистре12 и выбирается переключателем 19. В начале работы устройства первый разряд регистра 12 устанавливается7 911724 40 Формула изобретеиия 45 0 55 е 0 65 р единичное положение, все остальныеразряды регистра 12, а также ревер- ,сивный счетчик 7 и триггер 14 устанавливаются в положение ффОфф. Впроцессе обработки, когда изменяетсяматематическое ожидание входногосигнала, разность х - 1)(.не меняет своего знака в течениенекоторого времени 1. Эа, этот промежуток времени в открытом состоянии находится только один из элементов И 5 или б, На вход счетчика 7поступают толькр сигналы, увеличивающие его содержимое или толькоуменьшающие. При этом сигналы переполнения появляются только на одномвыходе переключателя 18, подключенного к выходам одного из младшихразрядов реверсивного счетчика 7.В результате этого триггер 14 неизменяет своего состояния и, следовательно, на его выходе не возникает перепад напряжения, и не происходит установка регистра 12 сдвигга й исходное состояние. Таким образом, сигнал от переполнения некоторого количества младших разрядоводного и того же знака, проходя через переключатель 18 и элемент ИЛИ13,. поступает на вход сдвига регист"ра 12, осуществляя в нем каждыйраз сдвиг единицы на один разрядвлево. Каждый раз, когда эта сдвигаемая единица достигнет контакта переключателя 19, сигнал, получаемыйна его выходе, производит уменьшениекоэффициента пересчета реверсивногосчетчика 7 и далее, проходя черезблок 21 и элемент ИЛИ 17, осуществля"ет установку в исходное положениерегистра 12. Каждый раэ при изменении значения математического ожиданияуменьшается коэффициент пересчетареверсивного счетчика 7, что приводит к уменьшению времеви переполнения реверсивного счетчика 1 и обеспечивает быструю корректировку значения реверсивного счетчика 3. Когдасодержимое реверсивного счетчика 3равно грубой оценке. нового значенияматематического ожидания, устройствовновь аналогично второму режиму увеличивает разрядность реверсивногосчетчика 7 и корректирует это значение до тех пор, пока оно не становится равным новой искомой оценкематематического ожидания. В реверсивном счетчике 22 в йроцессе обработки производится либо суммирование, либо вычитание единичных импульсов, вырабатываемых в зависимости от знака разности х - Ь,(;) и знака содержимого реверсивного счетчика 22. При этом знак содержимого реверсивного счетчика .22 фиксируется в триггере 23, Единичные выходы каждого разряда реверсивного счетчика 22 через соот 8ветствующие элементы И 29 - 32, элемент ИЛИ 40 и элементы И 33 - 34подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 3. Вто"рые входы элементов И 29 - 32 подключены к выходам соответствующихразрядов регистра 24. В начале работы первый разряд регистра 24 устанавливается в единичное положение, а все остальные разряды - в 10Сдвиг этой единицы вправо в ре"гистре 24 производится сигналом свыхода элемента ИЛИ 11, вырабатываемым при изменении знака переноса,подаваемого на вход реверсивного 15 счетчика 3. Сдвиг единицы влево врегистре 24 сдвига производитсясигналом с выхода переключателя 19,вырабатываемого при поступлении заданного количества подряд идущих Щ переполнений с выхода заданного количества младших разрядов реверсивного счетчика 22. Благодаря такойорганиэации к входам реверсивногосчетчика 3 оказывается подключенным 25 тот разряд реверсивного счетчика 22,который открывается соответствующимразрядом регистра 24, находящимсяв фединичномф положении.Таким образом, в процессе обработ ки информации обеспечивается авто"матическое увеличение и фуменьшение разрядности реверсивногосчетчика 22.Предлагаемое устройство позволяетсократить сроки и затраты, необходимыедля автоматизации определения оце"нок статистических характеристик случайных сигналов в реальном масштабевремени. Стохастический преобразователь аналог-код, содержащий блок сравнения, вход которого через преобразователь код-напряжение соединен с выходами реверсивного счетчика, а два выхода соединены соответственно с первыми входами двух элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов,.о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него введены реверсивный счетчик с управляемым коэффициентом пересчета,два йБ-триггеры, четыре формирователя, три элемента ИЛИ, регистр сдвига, блок задержки и три переключателя, причем выходы первого и второго элементов И соот" ветственно через первый и второй контакты первого переключателя под" ключены ко входам реверсивного счетчика с управляемым коэффициентом пересчета, счетные выходы которого че" рез третий и четвертый контакты пер911724 каэ 1148/50 Тираж 954 Подписиежа ааВНИ ал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 вого переключателя соединены со входами реверсивного счетчика и с К и8-входами первого КЗ-триггера, выходы которого череэ первый и второйформирователи. соединены .со входамипервого элемента ИЛИ, выход которогоподключен ко входу увеличения коэффициента пересчета реверсивногосчетчика с управляемым коэффициентомпересчета, выходы которого через второй переключатель.соединенй со входами второго элемента ИЛИ и К и Я-входами второго КЗ-триггера, выходы которого через третий и четвертый формирователи соединены с первым ивторым входамн третьего элемента ИЛИ,выход которого подключен к установочному входу регистра сдвига, выходы которого через третий переключательсоединены со входами уменьшения коэф"фицнента пересчета реверснвного счетчика с управляемым коэффициентомпересчета а блоха задержки, выходкоторого соединен с третьим входомтретьего элемента ИЛИ, а выходвторого элемента ИЛИ подключен ксдвигаюцему входу регистра сдвига. 16 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. авторское свидетельство СССРЮ 571898, кл. Н 03 К 13/20, 1977.2. Темников Ф.Е. и др. Теоретические основы информационной техни"кн. И., Энергия, 1971, с. 114,рн с. 3. - 188 прототип)