Устройство определения максимальных значений случайного процесса

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ Союз СоветскнвСоцмалистмческнвРеспублик(22) Заявлено 29.0681 (21 3313265/18-24с присовАинением заявки Ио -(23) Приоритет -Опубликовано 30.11,82, Бюллетень Йо 44 И ) М. Кп.з С 06 Р 15/Эб Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30. 11. 82(54) УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА 25 Изобретение относится к специалиэированным средствам вычислительной техники и может быть примененодля определения параметров случайных процессов,Известно устройство определениямаксимального числа в последовательности случайных чисел, содержащееаналогичные ключи, счетчики, триггер, логические схемы совпадения 17.Однако это устройство определяет только одно максимальное значение, кроме того, оно работает с число-импульсными последовательностями.15Наиболее близким по техническомурешению к предлагаемому являетсяустройство определения максимальных значений случайных процессов,содержащее усилитель, элементы сравнения, формирователи импульсов, элементы И и элементы ИЛИ, триггер,дифференцирующий элемент и блоки регистрации. Элементы сравнения визвестном устройстве фактическипредставляют собой. набор. пороговыхустройств с различными уровнямипорога. В блоках регистрации накапливаются значения, представляющиесобой гистограмму распределения пиковых значений случайного процесса С 27.Однако известное устройство непозволяет получить конкретные значения уровней максимумов случайного процесса необходимых для устройств обработки сигналов в шумах.Цель изобретения - получение абсолютных значений и максимумов случайного процесса,Для достижения этой цели в устройство определения максимальныхзначений случайного процесса, содержащее и элементов сравнения,(и - 1) элементов И, элемент дифФеренцирования, формирователь импульсов, и триггеров, введены иключей, и детекторов, блок управления минимума, элемент задержки, приэтом выход элемента дифференцирования через последовательно соединенные Формирователь импульсов и элемент задержки подключен к С-входамтриггеров, выходы которых соединеныс соответствующими и входами блоковуправления, (и + 1) и (и + 2)-ойвходы. которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, и выходов блока управленияподключены соответственно к Первымвходам и ключей, вторые входы которых объединены с первым входом эле-мента дифференцирования и являютсятретьимвходом устройства, выходыключей подключены соответственно кпервым входам пиковых детекторов, 3вторые входы которыМ объединены исоединены с (и + 1)-ым выходом блока управления, (и + 2)-ой выход которого подключен к второму входу элвмента дифференцирования, 1-ый вход щблока определения минимума объединен с первым входом соответствурцегоэлемента сравнения и соединен с вы"ходом соответствующего пикового детектора, вторые входы элементов 15сравнения объединены и подключены квыходу блока определения минимума,прямые выходы элементов сравнения,кроме первого, соединены с первымивходами соответствующих элементов И,выходы которых подключены к О-входам фтриггеров, прямой выход первого элемента сравнения соединен с О-входомпервого триггера, инверсные выходы1-го элемента сравнения подключенык (1 + 1) входам элементов И, соответственно с 1-го по (и - 1)-ый.Кроме того, блок управления содЕржит два й 5-триггера, элемент И,генератор тактовых импульсов, Формирователь импульсов, регистр сдвига, 30переключатель, при этом выход генератора тактовых импульсов подключени первому входу элемента И, вто"рой вход которого объединены с входом Формирователя импульсов и сое- Ядинен с единичным выходом первогойЬ-триггера, -вход которого является (и + 1)-ым входом блока, В-входпервого триггера объединен с 1-входом второго триггера и является 40(и + 2)-ым входом блока, выход элемента И подключен к первому входурегистра сдвига, второй вход которо.го соединен с выходом формирователяимпульсов и является (и + 2)-ым выходом блока, и выходов регистра сдви 45га подключены к управляющим входампереключателя, (и + 1)-ый управляющий вход которого соединен с единичным выходом второго Й 5-триггера,.5-вход которого подключен к (и ++ 1)-му выходу регистра сдвига, нулевой выход второго триггера является (и + 1)-ым выходом блока, информационные входы переключателя являются й-ми входами блока, выходы переключателя являются и-ми выходамиблока,На фиг;1 представлена функциональная схема устройства определения максимальных значений случайногопроцесса; на фиг.2 - Функциональ 60 иая схема блока управления; на фиг.З -диаграммы напряжений в различных ,точках устройства, 65 Устройство определения максимальных значений случайного процесса содержит формирователь 1 импульсов, и ключей 2.1, 2.22.п, и пиковых детекторов 3.1, 3.23.п, и элементов 4.1, 4.2 4.псрав нения, и - 1 элементов И 5.1 5.п, и триггеров 6,1, 6.2 6.п, блок 7 управления, элемент 8 задержки, блок 9 определения минимума, элемент дифференцирования 10.Блок управления содержит переключатель 11, второй й 5-триггер 12, генератор 13 тактовых импульсов, первый й 5-триггер 14, элемент И 15, формирователь 16 импульсов, регистр 17 сдвига.Устройство работает следующим образом.Для определения максимальных значений используется и каналов, в состав каждого иэ них входит ключ 2.1, пиковый детектор 3.1, элемент 4. сравнения, элемент И (5. - 1), имеющийвходов (кроме первого канала) и О-триггер 6, 1. Устройствопостроено таким образом, чтобы постоянно был открыт только один 3 -й ключ в том канале где напряжение на пиковом детектое наименьшее среди всех пиковых детекторов ("дежурный канал"). Это минимальное напряжение отбирается блоком определения минимума 9 и поступает на все вторые входы элементов 4.1, 4,2.4.п сравнения. На первые входы элементов 4.1, 4.24.п сравнения поступают соответственно напряжения с пиковых детекторов 3.1, 3.2 З,п. В элементе 4. сравнения дежурного канала разность напряжений на входах примерно равна нулю и на прямом выходе такого элемента сравнения будет напряжение логической "1", на прямых выходах всех остальных элементов сравнения будут напряжения логического "О", Предположим вначале, что элементы И (5,1), (5.п - 1) отсутствуют. Тогда логическая "1" с элемента 4. сравнения дежурного ка" нала записывается в О-триггер б. и поступает через блок 7 управления на управляющий вход 1-го ключа 2.1, поддерживая его в открытом состоянии, В какой-то момент времени напряжение случайного процесса, поступающее через ключ 2, на пиковый детектор 3.1, превысит напряжение, которое хранится в этом пиковом детекторе, запоминающий элемент детектора подзарядится до нового значения напряжения и это напряжение уже перестанет быть самим минимальным. Блок 9 определения минимума выделит на своем выходе минимальное напряжение с другого, )-го пикового детектора 3.), на выходе )-го элемента 4 сравнения, появится напряжение ло 978156гической ф 1", которое запишется в )-й триггер 6.) и будет поступать через блок 7 управления на управляющий вход )-го ключа 2., поддерживая его в открытом состоянии и т.д. В результате такого процесса на и пиковых детекторах будут выделяться и самых максимальных значений процесса эа определенный интервал времени.Рассмотрим подробнее процесс переключения каналовПредположим, что в данный момент времени имеет место максимум случайного процесса (например Ы, фиг.За). Уже на переднем склоне максимального пика напряжение превысило то, что было записано в -м пиковом детекторе 3.1. Если в этот момент произвести переключение каналов с )-го на )-ый, то на том же переднем склоне пика напряжение может превысить и напряжение, записанное в -м пиковом детекторе 3.) и т;д, Таким образом, на склоне одного максимального пика может произойти ряд переключений каналов и вместо и максимальных значений будет записан ряд уровней по переднему склону пика. Чтобы этого не произошло имеется система Формирования импульсов переключения каналов, состоящая из элемента 10 дифференцирования, Формирователя 1 импульсов и элемента 8 задержки.Работу этого устройства можно проследить по диаграммам (фиг.З).В моМент, когда случайный процесс достигает максимума в одном из пиков, производная этого процесса равна нулю и, следовательно, напряжение на выходе элемента 10 дифференцирования пересекает нулевой уровень в каком-либо направлении. В этот момент формирователь 1 импульсов вырабатывает короткий импульс (Фиг.Зи) Этот импульс поступает на элемент 8 задержки, где задерживается на время(фиг. 3 к) Если в момент, предшествующий некоторому пику напряжения был включен 1-й канал, то переключения каналов не произойдет, пока этот пик не запишется в соответствующий пиковый детектор 3 Даже если на выходе )-й схемы сравнения 4,)появится логическая "1", то она не запишется в соответствующий триггер б, пока не придет импульс с элемента 8 задержки, который поступает на С-входы (тактовые) триггеров 6,1,6.2 г б.п. Время задержкивыбирается исходя из верхней частоты спектра случайного процесса Т = 12 верхИогут быть случаи, когда на двух или более пиковых детекторах записаны одинаковые минимальные уровни.Во избежание одновременного включения двух или более каналов в дежур 10 ческой "1". В течение сравнительно короткого времени на всех пиковых детекторах записываются некоторые З 0 значения случайного процесса, которые считаются исходными, после этого ко входам управления ключей 2.1, 2,2 2.п подключаются выходы триггеров 6.1, 6.2. , б.п, и уст ройство начинает накапливать максимальные значения.Для обеспечения такого функцио нирования блок 7 управления содержит вьыеперечисленные узлы. Импульс 40 "Пуск" поступает на В-вход триггера 14, на выходе которого появляет 50 55 60 б 5 ный режим используется приоритетный выбор, который реализуется припомощи элементов И. В случае одновременного появления на выходах элементов 4.1, 4.2 4.п сравнения нескольких логических "1" на триггеры 6.1, 6.2 б.п записывается только одна логическая ф 1 ф с тогоэлемента 4.1, 4.2.4,п сравнения, который имеет наименьший номер.Если логическая "1" появилась на прямом выходе первого элемента 4.1 сравнения, то логический фО" с ин версного выхода той же схемы блокирует все элементы И 5.1,.5,2 5.п. Соответственно, в случае появления логическо "1" на выходе второго элемента 4.2 сравнения блокируются элементы совпадения с 5.2 по 5.п, и т.д.Блок 7 управления выполняет следующие функции: при подаче импульса "Пуск" сбрасываются в нуль все пиковые детекторы, выходы тригге-, ров 6.1, 6.2 б.п отключаются от управлянщих входов ключей 2,1, 2.2 2.п и к этим входам поочередно подключается потенциал логися напряжение логической "1", откры вающее элемент И 15, т.е. разрешаетпрохождение импульсов с генератора 13 тактовых импульсов на регистр17 сдвига, Одновременно по переднему Фронту импульса триггера 14 формнрователь 16 импульсов вырабатывает короткий импульс, который с выхода формирователя 16 поступает на информационный вход регистра 17 сдвига, в котором по этому импульсу записываеься "1" в первую ячейку регистра и "0" во все остальные. Короткий импульс с выхода формирователя импульсов 16 используется также как импульс установки в нуль пиковых детекторов 3,1, 3.2. , З.п. В этот момент на прямом выходе триггера 12 находится напряжение логического "0", при этом переключатель11 пропускает на выходы потенциалыс выходов ячеек регистра 17 сдвига.В это же время потенциал логической "1" с инверсного выхода триггера 12 блокирует работу элемента 10дифференцирования. Пс мере поступления через элемент И 15 тактовых импульсов от генератора 13 на тактовый вход регистра сдвига 17 логическая "1" будет постепенно лере- двигаться от первой ячейки до и-й. При этом будут включаться по очереди ключи 2.1, 2.2 2.и, и пиковые детекторы 3.1, 3.2 ., 3.и зарядятся до некоторых исходных значений напряжений разных ). Вместо такого предварительного режима можно вместо разряда пиковых детекто-. ров до нуля перезаряжать их на некоторые исходные напряжения, но повидимому это схематически сложнее. На (и + 1)-ом такте работы регистра 17 сдвига напряжение логической "1" появится в (и + 1)-ой ячейке, а значит на 5-входе триггера 12, на прямом выходе триггера 12 появляется. напряжение логической "1", которое поступает на электронный переключатель 19 и ток пропускает на выходы потенциалы, находящиеся на входах, которые, в свою очередь, поступают с триггеров 6.1, 6.2 6.и основного устройства. С этого момента начинается рабочий режим всего устройства определения максимальных значений. Одновременно на инверсном выходе триггера 12 появляется потенциал логического "0", и элемент 10 дифференцирования .деблокируется и весь тракт формирования импульсов записи для триггеров 6.1, 6.2 6.и, элемент 10 дифферен.цирования, формирователь 1 импульсов и элемент 8 задержки начинает функционировать.На фиг.3 показан процесс работы устройства,для трех каналов (и - 3). Начало координат по оси с соответствует импульсу "Пуск", Диаграммы б, в, г.показывают последовательное переключение каналов при работе регистра 17 сдвига, При этом напряжения на пиковых детекторах достигает максимальных значений, которые попадаются на коротких интервалах времени между тактовыми импульсами генератора 13 диаграммы д, е, ж. В дальнейшем, как видно по диаграммам, на пиковых детекторах запоминаются глобальные максимумы). Работа всего устройства продолжается до прихода импульса "Стоп". При этом триггеры 14 и 12 возвращаются в исходное состояние (нули на прямых выходах), переключатель 11 подключает. управляющие входы ключей 2.1, 2,2 2.и к выходам регистра 17 сдвига, где на всех ячейках будет потенциал логического "0" (это происходит потому, что "1", записанная вначале, выходит из регистра, а запись новой информации не производится), Таким образом, все ключи 2,1, 2.22. будут закрыты и на пиковых детекторах 3.1, 3,2 З.и булут храниться напряжения глобальных максимумов с, р,и пр. до прихода следующего импульса "Пуск". Эти напряжения затем могут быть введены в вычислительную машину или специализированное устройство для дальнейшего использования.Таким образом, Путем введения в устройство и ключей, и пиковых детекторов, блока управления, блока определения минимума элемента задержки достигается получение набора абсолютных значений и максимумов случайного процесса.Несмотря на сложную логику работы устройство определения максимальных значений случайного процесса реализуерся достаточно компактно. Например, для в = 8 потребуется порядка 35 микросхем и 50 - 60 8 С-элементов. 5 10 15 20 25 Формула изобретения 1. Устройство определения максимальных значений случайного процесса, содержащее и элементов сравнеЗ 0 ния,(и - 1) элементов И, элементдифференцирования, формирователь импульсов, и триггеров, о т л и ч ающ е е с я. тем, что, с целью определения абсолютных значений и мак симумов случайного процесса, в него введены и ключей, и детекторов,блок управления, блок определенияминимума, элемент задержки, приэтом выход элемента дифференцирова ния через последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент задержки подключен к С-входамтриггеров, выходы которых соединены с соответствующими и входами бло ка управления, (и + 1) и (и + 2)-ойвходы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, и выходов блока управленияподключены соответственно к первымвходам и ключей, вторые входы которых объединены с первым входомэлемента дифференцирования и являются третьим входом устройства, выходы ключей подключены соответственно к первым входам пиковых детекторов, втррые входы которых объединены и соединены с (и + 1)-ым выходом блока управления, (и + 2)-ой выход которого подключен к вторбйувходу элемента дифференцирования, ф (-ый вход блока определения минимума объединен с первым входом соответствующего элемента сравнения исоединен с выходом соответствующегопикового детектора, вторые входы эле ментов сравнения объединены и подключены к выходу блока определения минимума, прямые выходы элементов сравнения, кроме первого, соединены с первыми входами соответствующих элементов И, выходы которых подключены к Р -входам триггеров, прямой выход первого элемента сравйения соединен с 0 -входом первого триггера, инверсные выходы -го элемента сравнения подключены к (1 + + 1)-м входам элементов И, соответственно с 1-го по (й - 1)-й.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два В 5-триггера, элемент И, генератор тактовых им-. пульсов, Формирователь импульсов, регистр сдвига переключатель, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу элемента И, второй вход которого объединен с входом Формирователя импульсов и соединен с единичным выходом первого 85-триггера, 5-вход которого является (и + 1)-м входом блока, В-вход первого триггера объединен с й -входом второго триггераи является (и + 2)-м входом блока,выход элемента И подключен к перво.му входу регистра сдвига, второйвход которого соединен с выходомФормирователя импульсов и является(и + 2)-ым выходом блока, и выходоврегистра сдвига подключены к управляющим входам переключателя, (и ++ 1)-ый управляющий вход которого10 соединен с единичным выходом второго В 5-триггера, 5-вход которогоподключен к (о + 1)-му выходу регистра сдвига, нулевой выход второго триггера является (п + 1)-м вы 15 ходом блока, инФормационные входыпереключателя являются и-ми входамиблока, выходы переключателя являются и-ми выходами блока,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 369572, кл. 6 06 Р 15/36, 1971.2. Авторское свидетельсвто СССРР 491953,кл. О Об К 15/36,1972 (прототип).978156 1,ригорьян-Ч ектор(Г Огар Редактор овал Заказ 9220/б И 3035 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Фь. РСоставиХадь ЛТехред С.Мигу Тираж 731И Государственногоделам изобретеныМосква, Ж, Раук Подписномитета СССРоткритийая-наб., д. 4/5