Аналого-цифровой преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ Своз СоветскихСоциалистическихУеспублик(5 Ц М 03 к 13/17 Гасударственный комет Свввта Мнннстров ССС по делам нзобретвннй н аткрытнй(5 НА 1101 О ЦИфРОВОИ ПРЕОБР РЕ 1Изобретение относитсяи вычислительной технике и мопользовано в преобразователяхнапряжений в код, а также в удля измерения и преобразованирактерис=их случайных стационлов,Изве н преобразователь и ельной щего устрой ния знака пр теля подклю тва для определевыходы распредели-.яющим входам исх изме ства, устроис иращения, а ены к управ тнительных об дам управляю ыть йных гроиствв код ых напрястройства,разц щего Гочника допжений, к вху стр ойствауправляю щ прирашениных клюрных с я определения знак м входам измерител сто719 авт. я элек разователь, не и ю распределения тный прео ную функц еления вр нако извет одноме мер фун экс ию распре емальным мени д окорреляцию функциюых случай начения ми, ав ционн онную и вз ную коррелргодическ стац арных од нее значен еднему значенитов. ется ра ирение азоваостеи пре ен управляемыйраспределитель, ы с выходами цифателя, управляюежимов работ сигнала тэходы которого ро-аналоговот о соединен реобразов ных сигналов, а также ср для нестационарных по ср входных случайных сигнаЦелью изобретения яв функциональных возможн теля.Для этого в него введ На чертеже приведена структурна трическая схема преобразователя,Аналого-цифровой преобразователь содержит.измерительные ключи 1 и 2, выходыкоторых соединены с входом сравнивающегОустройства 3, второй вход и выход которого подключены к управляющему устройству 4,Соединенному также с входами цифро-аналогового преобразователя 5, реверсивногос;четчика 6, счетчика 7, с входом и выходом распределителя 8, с входами логического устройства 9 и источника дополнительных образцовых напряжений 10. Выход распределителя 8 подключен к входу устройства для определения знака приращений 11,выход которого соединен с входами цифроаналогового преобразователя 5 и распреде.пределителя 8, сравнивающего устройства,3 и выходу измерительного ключа 12, уп".равляющий вход которого, а также управ-,:лающий вход измерительного ключа 13 со:единены с выходом распределителя 8. Сиг,нальный вход измерительного ключа 13подключен к выходу генератора образцового случайного сигнала 14, выход которого 1 Оподключен также к сигнальному входу из-мерительного ключа 15.Выходы измерительных ключей 1,2,13и 16 объединены; а управляющие входы :измерительных. ключей 1 и 2 соединены с:, 15выходом управляющего устройства 4, вход,которого подключен также к выходу счетчика 7. Другой выход счетчика 7 соединен с входом цифро-аналогового преобразователя 5, а вход счетчика 7 подключен. 20к выходу реверсивного счетчика 6, два .входа которого соединены с выходами логического устройства 9, вход которого со-единен с выходом сравнивающего устройства 3, два выхода - с входами источника 25дополнительных образцовых напряжений 10,а третий выход - с входом устройствадля определения знака приращений 11,Выход распределителя 8 подключен также к входу источника дополнительных образцовых напряжений 10, а выходы последнего - к сигнальным входам измерительных ключей 12 и 16.Преобразователь работает следующимобразом,Преобразователь может работать в режиме адаптивного квантования, в которомпо заданной погрешности восстановлениясокращается избыточная информация. Приэтом измеряемое напряжение О или 401/ ), подключенное через соответствуюхщий измерительный ключ 1 или 2 к сравнивающему устройству 3, преобразуется вцифровой код прн помощи управляющегоустройства 4 и цифро-аналогового преобразователя 5,Далее при помощи реверсивного счетчи.ка 6 и счетчика 7 определяется интервал бОквантования, пропорциональный коду реверсивного счетчика Р, и включается в работу распределитель 8, на первом такте ко+торого при помощи управляющего устройства 4, логического устройства 9, сравни 55ваюшего устройства 3 и цифро-аналоговогопреобразователя 5 определяется знак приращения входного напряжения Ц или1); на втором такте распределителя 8602 включается источник дополнительных образ,.новых напряжений 10 - заданная погрешность восстановления; с которой сравнивается нрирашение измеряемого сигнала.В случае превышения измеряемым сиг-;налом заданной погрешности ЬЯ восстановления, код на реверсивном счетчике 6 уве-личивается, а интервал квантования уменьщается и, наоборот, если измеряемый сип-:нал не превышает заданную погрешностьвосстановления, Логическое устройство 9по команде от сравнивающего устройства 3при этом выполняет следующие операции,при помощи которых итерационным методомнаходят оптимальный интервал квантования,для данного стационарного процесса и за-данной погрешности восстановления.Адаптивное квантование по двум каналамдля сигналов О и Ц осуществляет 1 2ся в следующем режиме работы преобразователя, В этом режиме происходит поочередное включение измерительных ключей 1 и 2управляющим устройством 4. Частота подключения (квантования) выбирается автоматически в зависимости от заданной погрешности восстановления и взаимной корреляционной функции сигналов, поступающихпо разным каналам.В режимах измерения функций распределения предложенный преобразователь в за-.висимости от режима работы может измерять функции распределения экстремальных,максимальных и минимальных значений,функции распределения времени между ука-занными экстремальными значениями, атакже функцию распределения случайного:стационарного эргодического сигнала,Экстремальные, а также отдельные максимальные и минимальные значения стационарных эргодических. сигналов Фиксируются устройством 1 1 для определения знака приращения следующим образом,Как и в первом режиме работы, измеряется напряжение Ц или О . По окон-х хчании измерения от управляющего устройства 4 включается в работу распределитель.8. От первого тактового импульса распределителя 8, как и в первом режиме работы; влогическом устройстве 9 происходит онредел.ние знака прирашенйя текущего значенияизмеряемого напряжения. Логический сигнал, формируемый в результате определения знака приращения текущего значенияизмеряемого напряжения логическим устройством 9, фиксируется устройством 1 1 для,определения знака приращения.Далее проводятся следующие измеренияи определения знака текущего значения из-меряемого напряжения до тех пор, поко непроизойдет изменение знака приращения,которое будет зафиксировано устройством11 как противоположный сигнал с логиче-ского устройства 9, что соответствует;экстремальной точке сигнала.Экстремальные, максимальные и мини-,мальные значения измеряемого сигнала оп-.ределяются по следующим изменениям знаков приращений измеряемого напряжения от;мальными значениями определяется при помощи счетчика 7, который заполняется так,товой частотой в интервалах между указацными значениями входного сигнала,функция распределения случайного входного сигнала измеряется без преобразования его в код при помощи цифро-аналого.вого преобразователя 5. В этом случаесигналом режима работы управляющее уст.ройство 4 после запуска преобразователясразу включает в работу распределитель 8.В этом режиме работы первый такт распределителя 8 служит для сравненйяизмеряемого напряжения Ц по одному из.выхбранных каналов ц или, с первымх .; хзначением уровня выоорки ЙЕ , снимаемого с источника дополнительных образцовых напряжений 10 через измерительный ключ 12. Результат сравнения фиксируется логическим устройством 9, На следующем такте распределителя 8 измерительным ключом 13 к входу сравнивающего устройства 3 подключается генератор образцового случайного сигнала 14, сигнал которого Ц сравнивается с преобразованным .вгнапряжение кодом реверсивного счетчика 6, На предыдущем такте распределитеорля 8 управляющим устройством 4 код реверсивного счетчика,6 записывается в циф-ро-аналоговый преобразователь б, Однако этот код преобразуется в аналоговый сигнал ц только на втором такте распреорделителя 8, когда необходимо сравнить этот сигнал с сигналом генератора 14. Результат сравнения фиксируется логическим , устройством 9, которое изменяет код реверсивного счетчика 6 от измерения к измерению до тех пор, пока не будет на нем установившегося значения кода.Логическое устройство 9, управляемое режимом работы, при измерении функции распределения увеличивает код реверсивного счетчика 6 на единицу при условии, что"г Оор уменьшает код реверсивного счетчика 6 наединицу при условии, чтоО а 8;Р ОР1 и оставляет его без изменения прио ькцО,"и приО0 ЕОр Ощ,Источник дополнительных образцовыхц напряжений 10 в этом режиме работы прьобразователя формирует уровни выборкиизмеряемой функции распределения входного сигнала, Эти уровни выборки задаются,и измеряются автоматически путем изме 20 нения выходного напряжения источника 10.Изменение напряжения уровня выборки происходит после фиксации установившегосязначения точки функции распределения, которое определяется управляющим устройст 25 вом 4 по количеству измерений или подругим признакам.При измерении функции распределенияна реверсивном счетчике 6 устанавливается код уровня выборки генератора образ 30 цового-случайного сигнала 14, функциираспределения которого известны,Установившимся значением точки измеряемой функции распределения будет такое значение кода реверсивного счетчика 6,35 при котором вероятность непревышениязаданного уровня выборки йЯзначением измеряемого сигнала равна вероятностинепревышения сигналом генератора образ 40 цового случайного сигнала 14 своего уровня выборки, значение которого устанавливается на реверсивном счетчике 6 в про- цессе измерения точки функции распределения. Измеряемая функция распределения 45 находится по установившимся значениямкода реверсивного счетчика 6 соответствующим заданным уровням выборки, Д 1.При измерениях функций распределенияэкстремальных, максимальных и минимальных значений сначала определяются экстремальные значения таким образом, как это уже было рассмотрено, а затем в работе снова участвует распределитель 8, но с измененной устройством 11 про раммои ра. "боты. В первом сравнении вместо измеряемого напряжения на первый вход сравнивающего устройства 3 через ключ 16 подается напряжение й Е, а на второй вход .оответственно экстремальное значение 0,с цифро-аналогового йреобразователя 5. В .конце первого такта (после этого сравне-:,ния) в цифро-аналоговый преобразователь 5записывается код реверсивного счетчика 6.и далее преобразователь измеряет функцию:распределения.При измерении функции распределениивремени между экстремальными значениямипосле нахождения экстремального значения.код счетчика 7 записывается в цифро-аналоговый преобразсватель 5 до начала работы распределителя 8 по новой программе.Следовательно, на первом такте распределителя 8 в работе по новой программепреобразованный в аналоговое значение .:у о код счетчика 7 сравнивается ссчуровнем выборки Я , и далее функция рас-;пределения измеряется, как и ранее, длявсех значений уровней выборки дЕ.Среднее значение также измеряется ите-;рационным методом. После подачи сигналарежима работы и запуска к первому входусравнивающего устройства 3 измерительны,ми ключами 1 и 2 подключается измеряемое напряжение Ц, которое сравниваетсяхна первом такте распределителя 8 с напряжением Ц от генератора образцового слугчайного сигнала 14, подаваемого на второйвход сравнивающего устройства 3 черезизмерительный ключ 15,Распределитель 8 начинает работать после запуска преобразователя, т. е. аналогоцифрового преобразования измеряемого сигнала не происходит.Результат сравнения на первом тактераспределителя 8 записывается в логическое устройство 9, На следующем тактераспределителя 8 код реверсивного счетчика 6 записывается в цифро-аналоговый преобразователь 5, т, е. таким образом преобразуется в аналоговое значение Ц .,орНа следующем такте распределителя 8 наВпряжение Ододаваемое от генераторагобразцового случайного сигнала 14 черезизмерительный ключ 13 на вход сравнивающего устройства 3, сравнивается им с на-пряжениеморОба результата сравнения фиксируютсялогическим устройством 9, которое рабо- "тает также, как при измерении функциираспределения.Следующим импульсом распределителе 8преобразователь за исключением реверсивного счетчика 6 сбрасывается и выполняются новые измерения до тех пор, покакодна реверсивном счетчике не установится ине будет соответствовать среднему значению измеряемого сигнала, 5 10 15 20 8.Сигналами переключения режимов работы,выправляются выходные шины распределителя 8 таким образом, что в каждом из режимов работы устанавливается строго оп-ределенная последовательность операций,которые повторяются от одного цикла измерений к другому,По результатам адаптивного квантования можно вычислить нормированные корреляционные функции, однако это неудобноиз-за большого количества вычислений ичасто требуются значения этих функций,представленных электрическими сигналамив коде.Предложенный преобразователь позволяет измерять нормированные автокорреляцирнную функцию и взаимную корреляционнуюфункцию полярным методом для двух ста-ционарных центрированных сигналов, т. е;сигналов с математическим ожиданием,равным нулю. центрирование измеряемыхсигналов производится по результатам измерения средних значений напряжений Ц1 25 и .0хЦентрирующие напряжения в коде вводятся во входные регистры источника дополнительных образцовых напряжений 10. ИзЗ 0 меряемый сигнал / в этом режиме нехпреобразуется в код, а измерение начинается с работы распределителя 8, На первомтакте распределителя 8 измеряемое напряжение сравнивается с нулевым значением,режиме после сброса преобразователя йередпервым тактом на счетчике 7 устанавливается код интервала, который послео40 измерения установившегося значения точкиавтокорреляционной функции, соответствующей , изменяется на 2 и т. д. до веофоличины интервала корреляции, а при необходимости и более.455 СКод 6, 27 и т. д, может набиратьсяо она клавишном переключателе или регистреи перезаписываться в счетчик 7. Итакнапервом такте сравнивается измеряемое на пряжение Ц с математическим ожиданием(средним значением), и результат сравненияфиксируется логическим устройством 9. Одновременно с этим сравнением на счетчике7 от управляющего устройства 4 подаются 55 счетные импульсы, при помощи которых фор:,мируется интервал времени 7 , Во времяоформирования интервала (, 1 актовые имо,пульсы на распределитель 8 от управляю щего устройства 4 блокируются,После окончания интерваласчетчико,7 формирует на" вход управляющего устройства 4 сигнал, по которому распределитель8 начинает дальнейшую работу и формиру-ет следующий такт. На этом такте черезинтервал времени 7 снова сравниваютсяонапряжения О и ЬЕ, В их подключениих.и сравнении участвуют те же элементы, чтои на предыдущем такте, Результат этогосравнения также фиксируется атическимустройством 9,На следующем такте распределителя 8;код реверсивного счетчика 6 переписывает,ся в цифро-аналоговый преобразователь 5,образуя напряжение Ц , которое сравниорвается с напряжением генератора образцо-вого случайного сигнала 14, подключаемым измерительным кпочом 13 к входусравнивающего устройства 3. Результатсравнения также фиксируется логическимустройством 9.В результате первых двух тактов логи"ческое устройство 9. последовательно определяет совпадение 1, О или О, 1 и вы-дает "1", а при О, 0 или 1, 1 выдает "О".В резуатате третьего такта с учетом первых двух тактов логическое устройство 9работает следующим образом: записывает ,+ 1 в реверсивный счетчик при совпа-.дении кода 0; 1 и 1, О с 1; вычитает - 1из реверсивного счетчика 6 при совпадениикода О, О и 1, 1 с О; оставляет код реверсивного счетчика 6 без изменения присовпадении кодов О, 1 и 1, О с О и О, 0и 1 1 с 1.Распределитель 8 последним тактовым,импульсом начинает следующий цикл изме-,рения с интервалом между первыми двумясравнениями, равными 7 . Такие циклыоследуют друг за другом до получения установившегося значения нормированной автокорреляционной функции на реверсивном счетчике 6, соответствующегоЗатемо 10Находится следующая точка функции, соог-ветствующая 2 ;, и т, д.оВ режиме измерения взаимной корреляционной функции двух входных напряженийполярным методом измеряется взаимнаякорреляционная функция двух входных напряжений, математическое ожидание которых должно быть равно нулю, или, если ононе равно нулю, должно быть измерено для р каждого сигнала и затем вводиться в источник дополнительных образцовых напряжений 10.Преобразователь работает по той жесхеме, что и в предыдущем режиме, за 15 исключением второго сравнения, при котором О сравнивается через интервалхс уровнем ЬЕ, где П =1,2,3,оИтак, считывание кода измеряемых параметров при статических измерениях проводится по команде с управляющего устройства 4 после их установления.Б зависимости от режима работы преобразсвателя несколько изменяется работа 25логического устройства 9,. что определяется предложенными алгоритмами, но не усложняет логического устройства 9. 30 . П р е д м е т и з о б р е т е н и яАналого-цифровой преобразователь по;авт. св,370719, о т л и ч а ю щ и й,с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен управляемый сигналами режимов работы распределитель, входы которого соединены свыходами цифро-аналогового преобразователя, управляющего устройства, устройст ва для определения знака приращения, авыходы распределителя подключены к управляющим входам источника дополниель,ных образцовых напряжений, к входам управляющего устройства, устройства для оп ределения знака приращения и управляющим,входам измерительных ключей.482006 стави тель А.Кузнецов Техред Н,Ханее фкто Р А,Зиньковс зесова орректо аказ Я раж 902 исное Предприятие Патент, Москва, Г, Бережковская наб., 24 . 3 ЦИИ 1 И Г ларственного комитетяо делам изобретениМосква, 113035, Рауш Сонета Министров С и открытийкая наб., 4