Вычислительное устройство для первичной обработки информации

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритетпо делам изооретеиий и открытий(72) Авторы изобретения В. Н, Лапенко, Н, Н, Шишкевич и В, И. Шевченко Московский институт электронной техники(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 1Изобретение относится к вычислитель- ной технике и может быть использовано в устройствах преобразования аналоговых величин в цифровой код.Известны устройства, используемые цля первичной обработки информации путем сжатия динамического диапазона при измерении амплитуд импульсов, которое необходимо при обработке одиночных импульсов вследствие узкого динамического10 диапазона детекторов, в частности пиковых, Для этих целей используются логарифмические усилители 11 .Наиболее близким к предлагаемому является вычислительное устройство для1 первичной обработки информации, содержащее и усилительных каскадов, (п 1) элемент задержки, блок выбора порядка, два пороговых блока, ключ и сумматор, каждый элемент задержки включен между (к -1) и к усилительными каскацами, выходы последних подключены ко входам сумматора, сигнальный вход ключа подсоединен к выхоцу сумматора, управляющийвход связан с выходом первого порогово го блока, а выход подключен ко входупикового детектора, выходом подсоединенного ко входу первого порогового блока,подключенного своим выходом к первомууправляющему входу блока выбора порядка, который вторым управляющим входомсвязан с выходом второго порогового блока, соединенного своим входом с выходом о -го усилительного каскада, выхоцы блока выбора порядка являются цифровыми выходами всего устройства 121.Этому устройству присуща недостаточная точность, обусловленная зависимостьюизмеренной величины сигнала от параметров усилительных каскадов и элементовзадержки (в первую очередь коэффициентовпередачи этих узлов), которые могут изменяться вследствие изменения внешнихусловий (температуры, напряжения источника и пр.).Цель изобретения - повышение точности при определения амплитуд одиночных импульсов,3 74Поставленная цель достигается тем, что в вычислительное устройство, содержа щее о последовательно соединенных усилительных каскадов и (1 -1) элементов задержки, каждый из которых включен между соответствующими предыдущим и последующим усилительными каскадами, первый сумматор, входами подключенный к выходам усилительных каскадов, авыходом соединенный с входом первого ключа, выход которого подключен к первому пиковому детектору, пороговый блок, вход которого подключен к выходу г 1 -го усилительного каскада, введены функциональный блок, аналого-цифровой преобразователь, генератор эталонных импульсов, аттенюатор, второй ключ, второй пиковый детектор и второй сумматор, первый вход которого является вхо дом устройства, а выход соединен со входом первого усилительного каскада; выход первого сумматора соединен с первым входом функционального блока и с входом второго ключа, выход которого подключен к входу второго пикового детектора, выходы пиковых детекторов подключены к входам аналого-цифрового преобразователя; разрядные выходы которого являются первым цифровым выходом устройства, второй вход функционального блъка соединен с выходом порогового блока, первый и второй выходы функцио нального блока соединены с управляющими входами первого и второго ключей, третий выход функционального блока подключен к входу генератора эталонных импульсов, выход которого через аттенюатор подключен ко второму входу второгосумматора, группа разрядных выходов функционального блока подключена к группе управляющих входов аттенюатора и является вторым цифровым выходом устройства, При этом функциональный блок содержит генератор импульсов, дешифратор, счетчик, регистр, распределитель импульсов и пороговый элемент;вход которого является первым. входом блока, а выход соединен с первым входом распределителя импульсов, второй вход которого является вторым входом блока, первый, второй и третий выходы распределителя импульсов являются первым, вторым и третьим выходами блока, четвертый выход распределителя импульсов через генератор тактовых импульсов соединен со счетчиком, вход установки в нуль которого подключен к пятому выходу распределителя импуль 6604 фсов, шестой выход которого соединен с управляющим входом регистра, группа, разрядных входов которого соединена с группой разрядных выходов счетчика;подключенной к группе разрядных входов дешифратора, выход которого соединен с третьим входом распределителя импульсов, группа разрядных выходов регистра является группой разрядных выходов бло 10 ка. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фиг. 1 изображена блок-схема вычислительного устройства для первичнойобработки информации", на фиг. 2 - схема функционального блока; на фиг, 3 временные диаграммы, поясняющие работу вычислительного устройства.Вычислительное устройство содержитпервый сумматор 1, О усилительных каскадов 2, последовательно соединенныхдруг с другом через элементы 3 задержки. Выходы усилительных каскадов 2 подключены ко входам сумматора 1,Вход первого усилительного каскадасоединен с выходом второго сумматора4, вход которого является входом устройства, а выход последнего усилительного каскада соединен с входом порогового блока 5. Выход сумматора 1 соединен с сигнальными входами первого 6и второго 7 ключей,Выходы ключей 6 и 7 через пиковыедетекторы 8 и 9 соответственно подключены к первому и второму входам аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10,разрядные выходы последнего являютсяцифровым выходом мантиссы измеряемого сигнала. Первый вход функционального блока 11 соединен с выходом сумматора 1, а второй вход - с выходом порогового блока 5. Функциональный блок 11первыми тремя выходами соединен с управляющими входами ключей 6 и 7 и совходом генератора 12 эталонных импульсов соответственно, группа разрядных выходов блока 11 является цифровым выходом порядка измеряемого сигнала. Генератор 12 через,аттенюатор 13 соединен совторым входом сумматора 4, Группа управляющих входов аттенюатора 13 подключена к группе разрядных выходов;функционального блока,Функциональный блок 11 содержит пороговый элемент 14, вход которого является первым входом блока 11; распределитель 15 импульсов, первый вход которого соединен с выходом порогового эле. - мента 14, а второй вход является вторым входом блока 11, Первые три выхода распределителя 15 импульсов являются соот.ветственно тремя первыми выходами блока 11, четвертый выход блока 15 черезгенератор 16 тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика 17,выходы которого соединены с установочными входами регистра 18. Пятый выход распределителя 15 соединен с входом установки в нуль счетчика 17,группа выходов которого соединена с 1 Огруппой входов дешифратора 19, выходкоторого соединен с третьим входом распределителя 15, Группа выходов регистра18 является группой выходов блока 11,управляющий вход регистра 18 соединенс шестым выходом распределителя 15.Вычислительное устройство для первичной обработки информации работаетследующим образом,Входной сигнал через сумматор 4 . 2 Опоступает на цепочку усилительных каскадов 2 и элементов 3 задержки и усиливается ею. Времязадержки элемента 3задержки выбирают больше длительностиизмеряемого импульса, 25С выхода первого усилительного каскада 2 усиленный импульс сразу поступаетнавход сумматора 1 (фиг. За), с выходавторого- через время равное 1 с 1(фиг.Зв), а с выхода и -ного каскада - че- щрреэ (о) р.Таким образом, на выходе сумматора1 получаем последовательность равномерно разнесенных во времени импульсов, причем два ближайших отличаютсяпо амплитуде в К раз, если напряжениена входе каскада не превышает О 14,-с .К . Здесь К , - коэффициент усилениякаждого каскада, Оно, - некоторое напряжение насыщения каскада, В противном случае амплитуда на выходе (к -1)и И усилительных каскадов различаетсяв число раз, меньшее К , а напряженияна выходе последующих каскадов равны0 кдс (фиг, 3 с).45 Эта пачка импульсов поступает на пороговой элемент 14 блока 11, а также через ключ 6, который открыт в исходном положении, на пиковый детектор 8; Ключ 7 в исходном положении закрыт и не пропускает импульсы на вход пикового детектора 9. При приходе импульса с амплитудой О, превышающей минимально допустимое измеряемое напряжение, срабатывает пороговый элемент 14, сигнал срабатывания поступает на распределитель 15 импульсов, который . вырабатывает импульс запуска генерато 5 746604 6ра 16 тактовых импульсов (фиг, Зд).Через время задержки, необходимое дляобработки импульса пиковым детектором8, распределитель 15 импульсов вырабатывает импульс, закрывающий ключ 6,блокируя таким образом прохождение последующих импульсов на вкод пиковогодетектора 8. На выходе пикового детектора 8 образуется квазипостоянное напряжение, равное Ох (фиг, 3), Пороговыйблок 5 срабатывает через время, равноеЬ-Й) р считая до моментасрабатывания элемента 14 (фиг. Зд), где М -номер усилительного каскада 2, на вмходекоторого амплитуда импульса равна 0. В счетчике 17 происходит вычислениевремени (о-я ) 1 .Это достигаетсятем, что на счетный вход счетчика 17,предварительно установленного в нуль,после запуска генератора 16 тактовыхимпульсов начинают поступать импульсыс периодом следования Т=1 С При срабатывании блока 5 распределитель 15импульсов выделяет сигнал на срыв генерации генератора 16 (фиг. ЗЬ).Одновременно с распределителя 15импульсов подается управляющий сигнал,на регистр 18 для, запоминания содержимого счетчика 17. Информация в регистре18 есть код порядка напряжения сигнала.Через некоторое время задержки импульсом с блока 15 снова запускаетсягенератор 16 (фиг, ЗЬ ), а также открывается ключ 7 (фиг. Зи) изапускаетсягенератор 12 эталонных импульсов, который вырабатывает импульс эталоннойамплитуды Оэт (фиг. ЗВ). Величина Оэт.выбирается приблизительно равной среднему значению рабочик напряжений пикового детектора. Эталонный импульс, проходя через аттенюатор 13, ослабляется вК, раз.Далее ослабленный импульс черезсумматор 4 поступает на цепочку усилительных каскадов 2 и элементов 3 задержки. На выходе сумматора 1 снова обраэуется пачка, но уже эталонных импульсов,Амплитуда импульса на выходе К -го каскада равна Оэт . К 1 , если К 4 МО и Онс, если К)й, В это время счетчик 17 производит дальнейший счет импульсов генератора 16. Когда содержимое счетчика 17 становится равным о ,срабатывает дешифратор 19, настроенныйна этот код (фиг. ЗВ). К этому времениэталонный импульс проходит столько жеэлементов задержки, сколько прошел измеряемый импульс до срабатывания бло774 М 04 8ука 14, Амплит да имп ль ау с на выходеча, выход которого подключен к перво сумматора 1 в момент срабатывания де- пиковом етектчен к первомуд Ору, пороГовый блОк ВходРавна, э,Ку - "эткоторого подключен к выходу о -гоЭтот импульс проходит через открытый, усилительного каскада, о т л и ч а ю - ключ 7 на пиковый детектор 9 и обраба 5 ш е е с я тем, что с целью повышения тывается им, ключ 7 через задержку,точности, в Устройство введены функционеобходимую для этой обработки, закры" ".альный блок, аналого-цифровой преобра,вается сигналом с распределителя 15 им- зователь, генератор эталонных импульсовФ Пульсов (фиг. Зц). На выходе пикового аттенюатор, второй ключ, второй пиковый детектора образуется квазипостоянное 10 детектор и второй сумматор, первый напряжение, равное Оэ, ,(фиг. ЗН). К вход которого является входом устройст данному моменту времени на выходах ва, а выход соединен со входом первого пиковых детекторов 8 и 9.присутству усилительного каскада; выход первого ют напряжения Ох и Оэт которые по- сумматора соединен с первым входом даются соответственно на первый и вто функционального блока и с входом вто рой входы блока 10. На выходе послед- Рого ключавыход которого подключен него образуется код нормированной ман- к входу второГо пикового детектора, вытиссы. ходы пиковых детекторов подключеныВсе описанные формулы справедливы входом аналого-цифрового преобразовав случае, если сигналы обрабатываются 0 теля, РазРядные выходы которого являют- устройством без искажений, Однако па- ся первым цифровым выходом устройстваф раметры блоков 1, 2, 3, 4 (коэффициен- торой вход функционального блока соеты передачи, дрейф нуля и др.) могут динен с выходом порогового блока, перменяться из-ва изменений температуры, вьй и второй выходы функционального давления и других внешних условийВ 25 блока соединены с управляющими входа Результатеэтого соответствующим об ми первого и второго ключей, третий разом изменяются характеристики изме-, выход функционального блока подключен ряемого сигнала, однако характеристйки к входу генератора эталонных импульэталонного сигнала измеряются аналогич- сов, выход которого через аттенюатор ным образом. Так реалируется независиЗ 0 подклячен ко второму входу второго мость величины измеренного сигнала отсумматора группа разрядных выходов изменений внешних условий, функционального блока подключена к га к групБпагодаря введению новых узлов и пе управлякщих входов аттенюатора и связей вычисленные мантисса и порядок является вторым цифровым выходом уствыдаются в цифровом коде и точность 35 Ройства.вычисления амплитуд одиночных сигна, Устройство по п. 1, о т л ич а лов с большим динамическим диапазо- ю щ е е с я тем, что функциональный ном, а также стабильность работы уст- блок содержит генератор импульсов, деройства при колебаниях температуры, шифратор, счетчик, регистр, распредели- давления и др., значительно повышаются. 40 тель импульсов и пороговый лементФЭкономический эффект от применения вход которого является, первым входом предлагаемого устройства выражается блока, а выход соединен с первым вхов повышении точности вычисленйяв уст- дом распределителя импульсов, второй ройствах для первичной обработки инфор- вход которого является вторым входом мации, в которых предлагаемое устрой. блока, первый, второй и третий выходы ство может быть использовано, распределителя являются первым, вторым Формормула изобретенияи третьим выходами блока; четвертый1. Вычио Р м о, выход распределителя импульсов черезычислительное устройство для пер- генератор тактовых импульсов соединен вичной обработки информации, содержа со счетчиком, вход установки в нуль кощее О последовательно соединенных уси- торого подключен к пят ьгу вятоьгу выходу расплительных каскадов и (и - 1) элементовределителя импульсов, шестой выход козадержки, каждый из которых включен торого соединен с управляющим входом между соответствующими предыдущим и регистра, группа разрядных входов кото- последующим усилительным каскадами, 5 рого соединена с группой разрядных вы первый сумматор, входами подключенный ходов счетчика, подключенной к группе к выходам усилительных каскадов, а вы- разрядных входов дешифратора выход ходом соединенный с входом первого клюкоторого соединесоединен с третьим входом рас.выходов. регистра является группой раз-, кл. 329-192, 1972,рядных выходов блока. 2. Авторское свидетельство СССР поИсточники информации, заявке Ь 2430928/24,принятые во цмдние при экспертизе,. кл. С 4 06 С 7 Л 2 1976 (поототип).746604 Фиг УСоставитель И. Ше 1. Алексеенко Техред Л. Теслюк новаорректор Г, Решетник к заказ 4106/19ЦНИИП Тираж 7 Подписноеомитета СССРоткрытийая наб д, 4/5 Государственного клам изобретений иква, Ж, Раушск илиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная