Цифровой стробоскопический преобразователь периодических электрических сигналов

(19) (И) 3/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У ро- арнина СССР 79. СР п). ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро с опытнымизводством при Белорусском госуственном университете им. В.И,Л". 864136, кл. С 01 К 13/02, 12. Авторское свидетельство Спо заявке3311360/18"21,кл. С О К 3/02, 1981 (прототи(54)(57) ЦИФРОВОЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКИХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащий смеси- тель, первый вход которого соединен с шиной входного сигнала, второй . вход - с выходом генератора строб- импульсов,а выход - с входом усилите. ля-расширителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выходом связанного с первым входом блока вычитания и .входом первого регистра, выход которого соединен с входом второго регистра и вторым входом блока вычитаф. ния, выходом знака связанного с первым входом первого триггера и первым входом блока совпадений, второй входкоторого соединен с выходом первого триггера, а выход - с первым вхоцом . первого элемента И, второй вход которого подключен к выкоду первого блока сравнения кодов, а выход - к управляющему входу блока вычислений, первый информационный вход которого связан с выходом второго счетчика импульсов, а второй информационный вход - с выходом первого счетчика импульсов, причем выход второго регистра подключен к первому входу первого блока сравнения кодов, а вы ход блока памяти - к шине Выход о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени преобразования он снабжен генератором импульсов, вторым триггером, третьим регистром, вторым, третьим и "четвертым блоками сравнения;кодов, вторым и третьим элементами И, коммута тором и дешифратором нуля, вход ко- торого соединен с информационным входом блока памяти, выходом перво-; го регистра и вторым входом первого блока сравнения кодов, а инверсный выход - с первым входом второго эле мента И, второй вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, третий вход - к выходу четвертого блока сравнения кодов, а выход в . к второму входу первого триггера, входу записи второго регистра, второму входу второго триг", гера и входу записи третьего регистра, управляющий вход которого связан с выходом знака блока вычитания, второй вход - с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый вход- с с выходом первого регистра и первыми входами второго и третьего блоков сравнения кодов, а первый и второй выходы - с вторыми"входами второго и третьего блоков сравнения кодов, выходы кото;рых соединены с первым и вторым вхо дами третьего элемента И, третий вход которого подключен к выходу бло ка совпадений, а выход - к входу второго счетчика импульсов, управ:ляющий вход которого связан с третьимвходом первого элемента И, управляю"щим входом первого счетчика импульсов и прямым выходом второго триггера, первым входом соединенного свыходом первого элемента И и первымуправляющим входом генератора импульсов, второй управляющий входкоторого подключен к шине "Старт",а выход - к входу генератора стробимпульсов, входу первого счетчикаимпульсов и управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, управляющим выходом подключенного к вхо 1Изобретение относится к электроиз мерительной технике и может быть использовано для исследования периоди,ческих электрических сигналов в цифровых измерительных системах,.Известен цифровой стробоскопический преобразователь электрических сигналов, содержащий генератора тактовых импульсов и генератор сТроб- импульсов, смеситель, усилитель-расширитель, аналого-цифровой преобразователь, блок совпадений,сдвиговые ,регистры, формирователь импульсов, управляющий счетчик импульсов, элеМент ИЛИ, формирователь периода расширенных импульсов, дешифратор, два счетчика, блок памяти и блок вычис 1лений .11Недостатком устройства является большое время получения преобразован ного сигнала, обусловленное большой длительностью этапа ожидания начальной границы интервала преобразования.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой стробоскопический преобразователь периодических сигналов, содержащий смеситель, первый вход которого соединен с шиной входногр .сигнала, второй вход - с выходом генератора строб-импульсов, а выход с входом усилитепя-расширителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выходом связанного с первым входом блока вычитания и входом первого ре; ду записи первого регистра, четвертому входу первого элемента И и входузаписи блока памяти, вход считывания которого связан с управляющимвыходом блока вычислений, а адресный вход - с выходом коммутатора,первый вход которого соединен с выходом блока вычислений, второй входс выходом первого счетчика импульсова управляющий вход - с выходом первого элемента И, причем выходблока вычитания подключен к вхо-зду четвертого блока сравнениякодов. 2гистра, выход которого соединен свходом второго регистра и вторымвходом блока вычитания, выходом знака связанного с первым входом триг. -гера и первым входом блока совпадений, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход -с первым входом элемента И, второйвход которого подключен к выходу 10 блока сравнения кодов, а выход - куправляющему входу блока вычислений,первый информационный вход которогосвязан с выходом второго счетчика, импульсов, а второй информационныйвход - с выходом первого счетчикаимпульсов, первый вход которого соединен с выходом генератора стробмпулъсов, а второй вход " с вторымвходом триггера., выходом блока анализа разности, вторым входом второгссчетчика импульсов,вторым входом .первого блока памяти и вторым входом второго регистр, выход которо-.го подключен к первому входу блокасравнения кодов и третьему входупервого блока памяти, первым входомсвязанного с выходом аналого-цифрового преобразователя и вторым входомблока сравнения кодрв,причем выход, 30первого блока памяти соединен с первым входом второго блока памяти,второй вход которого подключен квыходу блока вычислений, а выход -к шине "Выход", вход формирователярасширенных импульсов связан с выходом усилителя-расширителя, а выход - с первым входом второго счетчика импульсов, выход блока вычитания соединен с входом блока анализа разности, а выход элемента И - с ,вторым входом аналого -цифрового преобразователя, третий вход которо- го подключен к шине "Старт" .2Недостатком известного устройства является большое время получения преобразованного сигнала.Цель изобретения - уменьшение вре-Омени преобразования.Цель достигается тем, что цифровой стробоскопический преобразователь периодических электрических сигна лов, содержащий смеситель, пер-1 вый вход которого соединен с шиной входного сигнала, вто,рой вход - с выходом генератора строб-импульсов, а выход - с входом усилителя-расширителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового20 преобразователя, выходом связанного с первым входом блока вычитания и входом первого регистра, выход которо го соединен с входом второго регистра и вторым входом блока вычитания, выходом знака связанного с первым входом первого триггера и первым входом блока совпадений, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход - с первым входом первого ф элемента И второй вход которого подключен к выходу первого блока сравнения кодов, а выход - к управляющему входу блока вычислений, первый инфор", мационный вход которого связан с вы ходом второго счетчика импульсов, а второй информационный вход - с выходом первого счетчика импульсов, при. чем выход второго регистра подключен к первому входу первого блока срав нения кодов, а выход блока памяти - к шине "Выход", снабжен генератором импульсов, вторым триггером, третьим регистром, вторым, третьим и четвертым блоками сравнения кодов, 45 вторым и третьим элементами И, комму татором и дешифратором нуля, вход ко" торого соединен с информационным входом блока памяти выходом первого регистра и вторым входом первого блока сравнения кодов,а инверсий выход - с ".первым входом второго элемента И,вто- рой вход которого подключен к инверс"ному выходу второго триггера, третий.входом - к выходу четвертого блока срав,55нения кодов,а выход - к второму входупервого триггера, входу записи второгорегистра, второму входу второго триггера ивходу записи третьего регистра,управляющий вход которого связан с,выходом знака блока вычитания, второйвход - с выходом аналого-цифровогопреобразователя, первый вход - свыходом первого регистра и первымивходами второго и третьего блоковсравнения кодов, а первый и второйвыходы - с вторыми входами второгои третьего блоков сравнения кодов,выходы которых соединены с первыми вторым входами третьего элементаИ, третий вход которого подключенк выходу блока совпадений, а выходк входу второго счетчика импульсов,управляющий вход которого связан стретьим входом первого элемента И,управляющим входом первого счетчикаимпульсов и.прямым выходом второготриггера, первым входом соединенно-го с выходом первого элемента И ипервым управляющим входом генератора импульсов, второй управляющийвход которого подключен к шине,"Старт", а выход - к входу генератора строб-импульсов, входу первогосчетчика импульсов и управляющемувходу аналого-цифровогопреобразо"вателя, управляющим выходом подключенного к входу записи первого ре"гистра, четвертому входу первогоэлемента и входу записи блока памяти, вход считывания которого связанс управляющим выходом блока вычисле"ний, а адресный вход - с выходомкоммутатора, первый вход которогосоединен с выходом блока вычислений,второй вход - с выходом первого счет.чика импульсов, а управляющий вход .с выходом первого элемента И, причемвыход блока вычитания подключен квходу четвертого блока сравнениякодов,На фиг, 1 показана структурнаяэлектрическая схема предлагаемогоустройства, на фиг. 2 - временныедиаграммы.Устройство состоит из генератораимпульсов, генератора 2 строб-импульсов, смесителя 3, усилителя-расширителя 4, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5, первого регистра 6, первого счетчика 7 импульсов,второго триггера 8, второго регистра9, третьего регистра 10, блока 11вычитания, первого 12 второго 13и третьего 4 блоков сравнения кодов,второго элемента И 15, четвертогоблока 16 сравнения кодов, первогоэлемента И 7, блока 18 совпадений,первого триггера 19, дешифратора 20нуля, второго счетчика 2 импульсов,третьего элемента И 22 блока 23 вычислений, коммутатора 24 и блока 25 памяти,Первый вход смесителя 3 соединенс шиной входного сигнала, второйвход - с выходом генератора 2 стробимпульсов, а выход - с входом уси- , Олителя-расширителя 4, выход которого подключен к входу АЦП 5, выходомсвязанного с. первым входом блока11 вычитания и входом первого регистра 6, выход которого соединен с входом второго регистра 9 и вторым входом:блока 11 вычитания,выходом знака связанного с первым входом первого, триг-.1,гера 19 и первым входом блока 18 совпадений,второй вход которого соединен с 20выходом первого триггера 19,а выход - с первым входом первого элемента И 17, второй вход которого подключен к выходу первого блока 12сравнения кодов, а выход . - к управ- д 5ляющему входу блока 23 вычислений,первый, информационный вход которого .связан с- выходом второго счетчика21 импульсов, а второй информацион-ный вход - с выходом первого счетчика 7 импульсов,.причем выход второго регистра 9 подключен к первомувходу первого блока 12 сравнениякодов, а выход блока 25 памяти - кшине "Выход". Вход дешифратора .2035нуля соединен синформационным вхо, дом блока 25 памяти, выходом. первого регистра 6 и вторым входом первого блока 12 сравнения кодов, а инверсный выход - с первым входом вто 40рого элемента И 15, второй вход которого подключен к инверсному вьгходу второго триггера 8, третийвход - .к выходу четвертого блока 16сравнения кодов, а выход - к второму45входу первого триггера 19, входу записи второго регистра 9, второму входувторого триггера 8 и входу записитретьего регистра 1 О, управляющий вход которого связан с выхо. дом .знака. блока 1 вычитания, второйвход - с выходом АЦП 5, первый входс выходом первого регистра 6 и первыми входами второго 13 и третьего4 блоков сравнения кодов, а цервыйи второй выходы - с вторыми входамивторого 13 и третьего 14 блоковсравнения кодов, выходы которых соединены с перным и вторым входами третьего элемента И 22, третий вход которого подключен к. выходу блока 18 совпадений, а выход - к входу второго счетчика.21 импульсов, управ ляющий вход которого связан с тре.тьим входом первого элемента И 17, управляющим входом первого счетчика 7 импульсов .и прямым выходом второго триггера 8, первым входом соеди" ненного с выходом первого элемента И 17 и первым управляющим входом генератора 1 импульсов, второй управляющий вход которого подключен к шине "Старт", а выход - к входу генаратора 2 строб-импульсов, входу первого счетчика 7. импульсов и управляющему входу АЦП 5, управляющим выходом подключенного к входу записи первого регистра 6, четвертому входу первого. элемента И 17 и входу записи блока 25 памяти, вход. считывания которого .связан управляющим выходом блока 23 вычислений, а адресный вход - с выходом коммутатора24, первый вход которого соединен с выходом блока 23 вычислений, второй вход - с выходом первого счетчика 7 им-, пульсов,а управляюпий вход - с выходом первого элемента И 17,причем выход 11 вычитания подключен к входу четвертого блока 16 сравнения кодов.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии генераторвыключен, регистры 6, 9 и 10, триггеры 8 и 19, счетчик 21, аппаратура блока 23 вычислений установлены в И 10 , счетчик 7 установлен в Э работа счетчиков 7 и 21 запрещенаИ.уровнем 0 с прямого выхода тригге" ра 8, Адресный вход блока 25 памяти через коммутатор 24 подключен к вьг. ходу счетчика 7.При поступлении на второй управляющий вход генератораимпульса Ф 11Старт генератор 1 включается и на второи вход смесителя 3 начинают поступать строб-импульсы . На первый вход смесителя 3 подают входной исследуемый сигнал , и на выходе уси. лителя-расширителя 4 появляется усиленный расширенный сигнал . По заднему фронту каждого импульса генератора 1 включается ЛЦП 5 . После окончания аналого- цифрового пр ео б50 разования код выборки поступает напервый вход блока 11 вычитания ина вход регистра 6, в который онзаписывается по заднему Фронту импульса ."Конец преобразования", поступающего с управляющего выходаАЦП 5. Поскольку выход регистра 6подключен к второму входу блока 11вычитания, на вь 1 ходе последнего Ъмомент действия импульса "Конец Опреобразования" имеется разность В 0кодов амплитуд, двух следующих подрядвыборок: записанного в регистре би имеющегося на выходе АЦП 5, АЦП,5регистр 6, блок 11, элемент И 15, 5блок 16 и дешифратор 20 образуют схему выбору начальной границы интер вала преобразования,в качестве ко-.торой используют Выборку, взятуюна монотонно изменяющемся участкепервого же расширенного сигнала. Дешифратор 20 необходим для предотвраще"ния ложного срабатывания элементаИ 5 при взятии первой выборки. Вмомент времени, когда разность Д 0 25кодов амплитуд двух следующих подряд.выборок превышает некоторую напередзаданную величину Ы 11 п,п. (блок 161.который осуществляет сравнение вели.чин Д 0 и Ь 0 п;п , причем при ЗоД 0Ь 0 п 1,п на его выходе устанавливается уровень логической"1" ), что является признаком того,что последовательно взятые выборки.лежат на монотонно изменяющемся.35участке расширенного сигнала, навыходе элемента И 15 формируется перепад уровней "О""1", по которому в триггер 19 записывается знакв регистр 9 начальной границы . 40интвервала преобразования записывается код амплитуды 0 начальной выборкив качестве которой принимают выборку,код амплитуды которой записан в этотмомент времени в регистре 6, в регистр 10 записываются коды ампли фтуд0 начальной и 0 следующей заней выборок, причем в первый разрядрегистра 10 записывается выборка самплитудой 0 , а во второй - самплитудой 02 , при этомесли 1 О = 0 - 0 ) Ои 0Ф02(55меслибы0 -0 сО,Управление записью в регистр Опроизводится уровнем, поступающим с выхода знака Ь 0 блока 11 вычитания. Кроме того, перепад уровней на выходе элемента И 5 устанавливает, триггер 8 в . При этом уровень "1" с прямого выхода триггера 8 разрешает ра=г боту счетчиков 7 и 21, а также элемента И 17. Одновременно уровень "Ос инверсного выхода триггера 8 блоки. рует выход смены выбора начальной границы интервала преобразования.Этим заканчивается. этап 1 работы устройства. - выбор начальной границы интер-. вала преобразования и начинается П- накопления выборок и получения исход ных данных для воспроизведения преобразованного сигнала (фиг. 2 д, ).В интервале преобразования сЧетчик 7 считает число, взятых выборок, равное числу импульсов генератора 1 .По заднему фронту каждого. импульса генератора 1 число в счетчике 7 увеличивается на единицу В это.же время производится запуск АЦП 5. После окончания аналого"цифрового, преобразования на управляющем выходе. АЦП 5 появляется импульс "Конец . преобразования", который своим передним Фронтом записывает в блок 25 памяти код выборки иэ регистра 6 в ячейку с адресом, определяемым состоянием счетчика 7, а задним фрон. том производит запись в регистр 6 кода очередной выборки, имеющего в это время на выходе АЦП 5. Таким образом, в ячейки бЛока 25 памяти с номерами (адресами ) 1 =1,2будут поочередно записаны коды выборок с амплитудами 0 ф, 0 и слеРдующих за ними в порядке поступленияРегистр 10, блоки 11, 13, 14 и 18, триггер 19, счетчик 2 и элемент И 22 образуют схему для подсчета числа расширенных сигналов в интервале преобразования. В основу работы этой схемы положен тот факт, что взятие выборки с .амплитудой 0, 12, попадающей в интервал между амплитудами 01 и 02 и принадлежащей монотонно изменяющемуся участку расширенного сигнала с тем же наклоном (знаком А О, щ 0 1 -О, ), что и у участка,на котором были вэйты выборки с амплитудами 0 и О, означает, что эта выборка прийадлежит новому расширенному сигналу (Фиг. 2 о ). Подсчитав в интервале преобразования число выборок, удовлет воряющих вышеназванным условиям, определяют число расширенных сигналов.9 108Как уже указывалось, в регистре 1 Охранятся коды выборок с амплитудамиП, и П , Блок 13 сравнения кодовпроверяет условие П12 и привыполнении этого условия на его выходе появляется уровень "1". На выходе блока 14 уровень "1" появляетсяв случае, если 1 ) 1 Если знакиЬП иьин; = ц , - совпадают,на выходе блока 18 совйадений такжепоявляется уровень "1", При одновременном появлении на входах элементаИ 22 уровней "1" на его выходе появляется перепад уровней "О" - ,по которому в счетчик 21 числа расшйренных сигналов в интервале преобразования добавляется "1",Предлагаемое устройство работаетдо тех пор, пока выборки бдного иэследующих за первым расширенных сигналов не станут попадать в те жеместа входного исследуемого сигнала,что и выборки по. которым полученпервый расширенный сигнал, т.е. поступление новой инФормации о формеисследуемого сигнала прекратится.Таким образом, признаком конца интервала преобразования является получение выборки с амплитудой П =П;принадлежащеи монотонно изменяющему.ся участку входного сигнала (копиейкоторого является расширенный сигнал,с таким наклоном, что знак 4 Ц 101 - 1 р совпадает со знаком ЬП.Условие П, = П проверяет блок12 сравнения кодов, совпадение знаков ЬП и ЬПц проверяет блок 18,При выполнении вьппеназванных условий на выходе элемента И 17 появляется перепад уровней "О" -"1",по которому выключается генератор 1,триггер 8 устанавливается в "О",коммутатор 24 подключает адресныйвход блока 25 памяти к выходу блока23 вычислений,а также включается аппаратура блока 23 вычислений.В этотмомент времени заканчивается этапП работы устройства и начинаетсяэтап 6 - воспроизведение преобразованного сигнала.При этом блок 23 вычислений считьгвает из счетчика 7 число (Ю+ ), где10 7896 И - число периодов Т, генератора в интервале преобразования, и из счетчика 21 число Р - число расширенных сигналов в интервале преобразования. По полученным данным Н и Р блок 23 производит расчет адре- сатой ячейки блока 25 памяти, вкоторой записан код амплитуды выборки, которую необходимо воспроизвести первой:ьК, Й1" Р ) Огде К = О,такое, что т -целое,( И.5Расчитанныи адресустанавливается на выходе блока 23 и сопровождается импульсом, поступающим с управ.ляющего выхода блока 23 на вход считывания блока 25 памяти, При этом навыходе блока 25 появляется код первой выборки преобразованного сигнала.Затем блок 23 вычислений производитрасчет адресов ячеек блока 25 памяти по формуле, гоФ К И25Ргде Ф = 2,3.И, К = 0,1,такое число, что, - целое,(ЯЙ) Ф 7)Каждый рассчитанный адрес через30коммутатор 24 поступает на адресныйвход блока 25 памяти и также сопровождается импульсом считывания.В результате на выходе блока 25 поочередно появляются коды выборок,З 5 Формирующие преобразованный сигнал,верно отображающий форму входногоисследуемого сигнала (фиг. 2 г ).Для повторного воспроизведенияпреобразованного сигнала достаточно40 после расчета адресапроизвестиповторный залуск блока 23 вычислений.Для автоматического возобновления работы устройства достаточнопосле расчета адресаподать45 импульс на установку аппаратуры устройства в исходное состояние в шину "Старт".Предлагаемое устройство позволяет,уменьшить время получения преобразо 50 ванного сигнала путем исключенияэтапа расстановки выборок,087896 Х,Ффф Составитель В.ЛившицРедактор А,Козориз Техред И.Тепер орректор И.Мус 2653/4 Тираж 7 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб.,Подписное Зак