Устройство для записи и воспроизведения цифровых сигналов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК д) 6 1 АНИЕ ИЗОБРЕТ ТЕЛЬСТВ ВТОРСИОВй е ходом пв - кодыходамнспроизве ым в лвсо е ТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧЯфЫТИИ(72) Л.П. Исаев, М.В, Лупандин, В,Г. Лннов и В.Й. Сарычев ( 71) Киевский ордена Трудового КРасного Знамени институт инженеров гражданской авиации и Научно-экспериментальный центр автоматизации управления воздушным движением (г,Москва) (53) 534.852,4(088,8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 720491; кл. С 11 В 5/09, 1980,2. Авторское свидетельство СССР В 661598, кл. б 11 В 5/09, 1979 (прототип).(54)(57) устРОЙСТВО дЛя ЗАПисИ и воС- ПРОИЗМЛЕНИЯЦИФРОВЫК СИРНАЛОВ, сОс тоящее из блока записи, магнитофона и блока воспроизведения, при этом блок записи содержит амйлитудно-фазогзй манипулятор, подключенный че рез согласующий усилитель к.входу записи магнитофона, а блок воспроизведения содержит усилитель, входом подключенный к линейному выходу магнитофЬна, и блок декодирования,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения верности воспроизведения цифровых сигналов, в устройство введены последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения и преобразователь код - широтноимпульсный сигнал, другие входы которого являются входами цифровых сигналов блока записи, преобразовательчисло импульсов - код, компаратордлительности паузы и Формировательпрямоугольных импульсов, входом подключенный к. выходу усилителя,приэтом выходы генератора сннусоидального напряжения и преобразователя.код - широтно-импульсный сигнал подключены к первому н второму входамамплитудно-Фазового манипуляторасоответственно, третий вход которогоявляется входом управления блока записи, первый и второй выходы Формирователя прямоугольных импульсовподключены к первому и второму вхоам блока декодирования, третий выод Формирователя прямоугольных импульсов соединен с входом преобраэоателя число импульсов - код непоредственно и через компаратор длильности паузы с третьим входом бло ка декодирования и втообраэователя число импувыходы которого являютцифровых сигналов блокИзобретение относится к приборо-. строению и может быть использовано при создании автоматизированных систем сбора, регистрации и последующей обработки информации о процессах вэрготических системах управления, одеятельности и функциональных состоякиях операторов, а также в устройствах подготовки данных для электронных цифровых вычислительных машин,Известно устройство записи по одной дорожке магнитной ленты узкополосного магнитофона цифрового сигнала и воспроизведения этого сигнала, которое состоит из устройства записи, устройства воспроизведения и магнитофона, причем в устройство записи входит амплитудный модулятор, вход которого соединен с выходом источника импульсов информации, а вы 10 15 руемого. устройства, первый вход которого соединен с источником тактовых импульсов, и согласующее устройство, подключенное к выходу модулируемого устройства и входу магнитофона, в устройство воспроизведения входят входное устройство, Формирователь тактовых импульсов, устройство задержки, амплитудный селектор, устройство совпадения и формирователь импуль"сов информации. Выход согласующеговходного устройства одновременно соединен с формирователем тактовых импульсов и амплитудным селектором.Выход формирователя тактовых импульсов одновременно соединен а входомустройства задержки и одним из входов устройствасовпадения. Выходустройства задержки соединен с первым входом формирователя импульсовинформацииВыход амплитудного се" 35 40 лектора соединен с другим входом устройства совпадения, а выход устройства совпадения соединен с вторым входом Формирователя импульсов информации Ц.Однако данное устройство не позволяет записывать параллельно по одной дорожке магнитной ленты несколько цифровых сигналов, Кроме того, в нем при регистрации нулевого уровня цифрового сигнала записываются на магнитную ленту тактовые 45 50,импульсы относительно малой амплитуды, что снижает надежность воспроиз" ведения цифрового сигнала при глу" боких кратковременных ослаблениях воспроизводимых импульсов иэ - эа наличия дефектов в рабочем слое магнитной ленты, нарушений плотности контакта ленты с головкой магнитофона и других причин,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для записи и воспроизведения цифровой информации 60 на бытовом магнитофоне, записывающаячасть которого содержит кодирующее 65 ход соединен со вторым входом модули 25устройство, преобразователь цифровых сигналов в синусоидальные сигналы и согласующий усилитель, причем выход кодирующего устройства соединен с входом преобразователя цифровых сигналов в синусоидальные сигналы, выход преобразователя соединен с входом согласующего усилителя, выход последнего соединен с входом "Запись" бытового магнитофона. Воспроизводя" щая часть содержит усилитель с мгновенной автоматической регулировкой усиления, преобразователь синусоидаль. ных сигналов в цифровые сигналы и, декодирующее устройство, причем линейный выход бытового магнитофона соединен с входом усилителя с мгновенной автоматической регулировкой усиления, выход которого соединен с входом преобразователя синусоидальных сигналов в цифровые сигналы.Выход преобразователя соединен с входом декодирующего устройства 2) .Известное устройство.не обеспечивает записи на магнитную ленту импульсов, которые при воспроизведении могут быть использованы для Формирования тактовых импульсов и импульсов счета времени, а также не позволяет регистрировать по одной дорожке магнитной ленты параллельно несколько цифровых сигналов. Кроме того, иэ-за отсутствия синхронизации возможны временные рассогласования между Фронтами цифрового сигнала и моментами обращения в нуль мгновенного значения синусоидального напряжения, что может вызывать расширение импульсов при воспроизведении, сужение пауз между импульсами и снижение надежности воспроизведения. Из-эа низкой эфФективности мгновенной автоматической регулировки усиления (МАРУ), которая обусловлена инерционностью МАРУ и прохождением регулирующего напряжения на выход усилителя не обеспечивает высокой надежности воспроизведения сигналов нри глубоких кратковременных ослаблениях считывае-. мых импульсов.Цель изобретения - повышение верности воспроизведения цифровых сигналов.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для записи и воспроизведения цифровых сигналов, состоящее из блока записи,.магнитофона и блока воспроизведения, при этом блок записи содержит амплитудноФазовый манипулятор, подключенный через согласующий усилитель к входу записи магнитофона, а блок воспроизведения содержит усилитель, входом подключенный к линейному выходу магнитофона, и блок декодирования, введены последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения и преобразователь код - широтноля 7 и выход 23 преобразователя 5код - ШИМ сигнал являются выходамиэтого блока.Линейный выход магнитофона 2 сое-динен с входом 24 усилителя 8, выходкоторого подключен к входу формирователя 9 прямоугольных импульсов.Первый 25 и второй 26 выходы формирователя 9 прямоугольных импульсовсоединены соответственно с первым ивторым входами блока 10 декодирования, третий выход 27 формирователя 9соединен с первым входом 28 преобра. зователя 11 и входом компаратора 12длительности паузы, выход которогосоединен с вторым входом 29 преобразователя число импульсов - код итретим входом 30 блока 10 декодирования.Выходами блока воспроизведенияявляются выход 31 блока 10 декодирования, выходы 32 преобразователя11, выход 33 компаратора 12, первыйвыход 25 формирователя 9 прямоуголь ных импульсов, а входом - вход усилителя.Вход инвертора 13 Формирователя9 (фиг, 2) соединен с входом первогопорогового элемента 13, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 16, выход инвертора 13 соединен с входом второго пороговогоэлемента 15, выход которого соединен .с вторым входом элемента ИЛИ 16.Входи выход первого порогового элемента14 являются соответственно входом ипервым выходом 25 формирователя 9прямоугольных импульсов, выход второго порогового элемента 15 являетсявторым выходом .26 формирователя прямоугольных импульсов, а выход элемента ИЛИ - третьим выходом 27,Устройство записи и воспроизведения работает следующим образом.С выхода генератора 4, в которомприменена кварцевая стабилизация частоты, снимается синусоидальное напряжение звуковой частоты (например, 2 кГц), Это напряжение подается на .первый вход 17 преобразователя код- ШИМ сигнал 5 на второй (групповой) вход 20 которого поступают синхронно цифровые регистрируете (управляющие) сигналы. С выхода преобразователя код - ШИМ сигнал 5 снимаются разделенные паузами прямоугольные импульсы с регулируемой длительностью, Длительность каждого импульса кратна периоду входного синусоидального напряжения и определяется кодовой комбинацией значений цифровых управлякщих сигналов вовремя формирования импульса. Передние и задние Фронты выходных импульсов преобразователя 5 код - ШИМ сигнал совпадают с моментами времени, когда фаза входного синусоидального напряжения этого 1 формирователя бывает кратна 2 Г раимпульсный сигнал, другие входы которого являются входами цифровых сигналов блока записи, преобразовательчисло импульсов - код, компаратор длительности.паузы и Формирователь прямоугольных импульсов, входом подключенный к выходу усилителя, при этомвыходы генератора синусоидальногонапряжения и преобразователя кодширотно-импульсный сигнал подключенык первому и второму входам амплитудно-фазового манипулятора соответственно, третий вход которого является.вхОдом управления блока записи, первый и второй выходы формирователяпрямоугольных импульсов,родключены кпервому и второму входам блока декодирования, третий выход формирователяпрямоугольных импульсов соединен свходом преобразователя число импульсов - код непосредственно и черезкомпаратор длительности паузы с третьим входом блока декодирования и вторым .входом преобразователя число импульсов - код, выходы которого являются выходами.цифровых сигналов блока воспроизведения.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства;на фиг. 2 - пример выполнения формирователя прямоугольных импульсов; нафиг. 3 - временные диагравеи работы З 0амплитудно-Фазового манипулятора,Устройство включает в себя блок 1.записи, магнитофон 2 и блок 3 воспроизведения (Фиг. 1).Блок 1 записи содержит генератор4 синусоидального,напряжения, преобразователь 5 код - широтно-импульсный сигнал (ШИМ), амплитудно-Фазовыйманипулятор 6, согласующий усилитель 7,: 40В блок 3 воспроизведения входятусилитель 8, Формирователь 9 прямоугольных импульсов, блок 10 декоди-,рования, преобразователь 11 числоимпульсов - код и компаратор 12 длительности паузы,формирователь 9 прямоугольных импульсов содержит, например, инвертор13, первый 14 и второй 15 пороговыеэлементы и элемент ИЛИ 16 (фиг. 2).Выход генератора 4 синусоидальногонапряжения соединен с первым входом17 преобразователя 5 код - ШИМ сигнали первым входом 18 амплитудно-фазо"вого манипулятора 6, выхоц преобраЗователя код - ШИМ сигнал соединенс вторым входом 19 амплитудно-фазо-вого манипулятора б, выход которогосоединен с входом согласующего усилителя 7, выход согласующего усилителяподключен к входу усилителя записи 60магнитоФона 2. Второй. (групповой)вход 20 преобразователя 5 и третийвход 21 амплитудно-Фазового манипулятор, 6 являются входами блока 1записи, выход 22 согласующего усилите"р, 1027765дианам. В эависймости от схемной реализации преобразователя 5 код - ШИМ сигнал остаются постоянными и кратными периоду синусоидального напряжения или временные интервалы между передними (задними) фронтами смежных выходных импульсов, или длительности пауз между импульсами. Выходные импульсы (выходной цифровой сигнал) преобразователя 5 поступают на второй вход 19 амплитудно Фазового манипулятора б и обеспечивают амплитудную манипуляцию синусоидального напряжения, Во время пауз между импульсами, подаваемыми на второй вход амплитудно-Фазового 15 манипулятора б, выходное напряжение манипулятора равно нулю (Фиг,3), На третий вход 21 амплитудно-фазового манипулятора б подается синхронно кадровый синхросигнал или отдельный цифровой сигнал, с помощью которого осуществляется фазовая манипуляция синусоидального импульсного напряжения, С выхода амплитудно-Фазового манипулятора 6 снимаются25 импульсы синусоидального напряжения со ступенчатой широтной модуляцией ь и фаэовой манипуляцией (фиг. 3).Выходные импульсы амплитудно-фа" зового манипулятора б проходят через согласующий усилитель 7 и подают- ся на вход усилителя записи магнитофона 2. Согласующий усилитель 7 обеспечивает согласование сигналов по амплитуде и коррекцию частотной характеристики тракта записи импульсов 35 синусоидального напряжения с целью улучшения формы огибающей воспроизводимых импульсов (уменьшения ампли туды переходных колебаний во.время паузы). 40Снимаете с линейного выхода магнитофона 2 импульсы подаются на вход усилителя 3. При номинальной амплитуде входного сигнала усилитель 8 обеспечивает получение на его вы ходе импульсов переменного напряжения,. близкого по Форме к синусоидаль/Фному. При значительных замираниях . ,ослаблениях ) сигнала на выходе маг- нитофона постоянная составляющая выходного переменного напряжения усилителя 8 остается равной нулю и поэтому не изменяются значения напряжений сме" щения у элементов Формирователя 9 прямоугольных импульсов, что необходи. мо для его надежной работы. Ероме того, не ухудшается надежность работы Формирователя 9 иэ-за уменьшения амплитуды выходного напряжения усилителя 8. формирователь 9 прямоугольных импульсов Формирует раздельно иэ по а 0 ложительных полуволн его входного напряжения и из отрицательных полу воли одиополярные прямоугольные импу льсы постоянной амплитуды. которые снимаются соответственно, с первого65% 25 и второго .26 выходов формирователя. С третьего выхода 27 Формирователя 9 снимаются суммарные прямоугольные импульсы (импульсы положительных и отрицательных полуволн). Импульсы, снимаемые со всех выходов формирователя 9, имеют одинаковую (например, положительную) полярность. Амплитуды этих импульсов остаются постоянными при значительных уменьшениях амплитуды входного сигнала Формирователя 9 по сравнению с номинальным значением.При поступлении на вход формиро-, вателя 9 импульса синусоидалного напряжения с каждого выхода формирователя снимается пачка прямоугольных импульсов. Снимаемые с первого 25 и второго 26 выходов формирователя 9 пачки импульсов подаются соответственно на первый и второй ,входы декодирующего устройства 10. Пачки импульсов с третьего выхода 27 Формирователя прямоугольных импульсов поступают на первь 1 й вход 28 преобразователя 11 число импульсов - код и на вход компаратора 12 длительности паузы. С выхода 31 блока 10 декодирования снимаются. цифровой сигнал, который принимает значение "0" или "1" в зависимости от знака Фазового (временного) сдвига между пачкой импульсов, поступившей на первый вход блока декодирования, и пачкой импульсов, поступившей на второй вход. В состав блока 10 декодирования входит выходной запоминающий элемент и выдача результатов декодирования происходит при поступлении на его третий вход 30 импульса с выхода компаратора 12 длитель-. ности паузы. На вход компаратора 12 подаются с третьего выхода 27 Формирователя 9 пачки суммарных импульсов. Компаратор вырабатывает импульс через определенный промежуток времени после окончания действия входного импульса при условии, что в течение этого промежутка не приходит следующий входной импульс. Пороговое значение продолжительности отсутствия входного импульса, при котором компаратор 12 длительности паузы вырабатывает импульс, больше периода повторения суммарных импульсов в пачке и меньше длительности паузы между пачками. Поэтому с выхода компаратора 12 снимаются импульсы только во время пауз между пачками суммарнЫх импульсов, Выходные импульсы компаратора 12 подаются на третий вход 30 блока 10 декодирования и одновременно на второй вход 29 преобразователя 11 число импульсов - код. На первый вход 28 преобразователя 11 1 подаются с третьего выхода 27 Формирователя 9 прямоУгольных импульсов пачки суммарных импульсов. Преобразователь 11 осушествляет счет входных импульсов, преобразование параллельного кода количества импульсов в .ис ходный параллельный код, которым определялась при записи длительность импульса синусоидального напряжения, и запоминание цифровых сигнапов преобразованного кода. Запоминание цифровых сигналов происходит при подаче на второй вход 29 преобразователя 11 число импульсов - код импульса с выхода компаратора 12 длительности паузы. После запоминания цифровых сигналов в этом, преобразователе начинается новый цикл счета входных импульсов, причем счет начинается с нулевого значения. Выходами преобразователя число импульсов - код яв ляются выходы его запоминащдих элементов.Примером реализации преобразова-., теля код - ШИМ сигнал является последовательное соединение преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы, счетчика импульсов, логического Функционального элемента с двумя выходами и йб-триггера.Амплитудно-Фазовый манипулятор б представляет собой, Например, последовательное соединение амплитудного и фазового манипуляторов.Блок 19 декодирования содержит, например, Й 5-триггер и запоминаюшйй элемент, информационный вход которого соединен с выходом ВБ-триггера. Примером реализации преобразователя 11 число импульсов - код является последовательное соединениесчетчика импульсов, преобразователяпараллельных кодов и параллельного 5 регистра.Компаратор длительности паузыпредставляет собой, например, последовательное соединение инвертораи селектора импульсов по длительнос ти.Введение в устройство указанныхблоков позволяет заменить в многоканальной системе регистрации цифровых сигналов несколько комплектовблоков записи и воспроизведенияцифровых сигналов одним комплектом,заменить многоканальный звуковоймагнитофон одноканальньпл, повыситьнадежность. воспроизведения цифровых сигналов в условиях, когдаимеют место глубокие замирания (ослабления) сигналов на выходе магнитофона.Применение предлагаемого устройства для записи и воспроизведенияцифровых сигналов в составе аппаратуры сбора, регистрации и ввода информации и деятельности операторовв различных системах управления иобслуживания, а также о Функциональ ных состояниях операторов позволяетв значительной степени автоматизировать указанные процессы, улучшитьусловия труда персонала, обеспечиваюцего сбор, регистрацию и ввод 35 информации в электронную вычислительную машину.