Многофункциональный цифровой коррелометр

(50 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ 8укторскоероения с опытифродназнаНН 61 Хйных ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОВСКОМЪ/ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Специальное констрбюро научного приборостным производством Института механикиполимеров АН ЛатвССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 826361, кл. С 06 Р 15/336, 1979.(57) Изобретение относится к цвой измерительной технике, пречено для вычисления корреляциефункций при исследовании случапроцессов во временной области может быть использовано, наприме всистемах технологического конт я,автоматического управления, диагностики. Изобретение позволяет повысить точность вычисления корреляционной функции при ограниченной длине выборки путем уменьшения методической погрешности нормирования за счет увеличения до И = 2 " (М - объем выборки, Е - любое число, кроме нуля) количества операций умножения - суммирования для каждого отсчета корреляционной функции с использованием при этом повторения цифровых отсчетов исследуемого сигнала. Коррелометр содержит два аналого-цифровых преобразователя 1 и 2, четыре мультиплексора 3, 4, 7, 8, блок 1 умножения, сЮ регистр 16, сумматор 15, блоки 9, 10, 17 памяти, счетчики 12, 3, 18 адреса, регистр 5 сдвига, дополнительный регистр 14, блок 19 синхронизации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к цифровойизмерительной технике, предназначенодля вычисления корреляционных функций при исследовании случайных процессов во временной области и можетбыть использовано, например, в системах технологического контроля, автоматического управления, диагностикии т.д.Целью изобретения является повыше ние точности вычисления корреляционной функции при ограниченной длиневыборки путем уменьшения методической погрешности нормирования.На фиг.1 изображена структурнаясхема многофункционального цифровогокоррелометра; на фиг,2 - структурнаясхема блока синхронизации.Коррелометр (фиг.1)содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1и 2, первый 3 и второй 4 мультиплексоры (М), регистр 5 сдвига, входы 6,и 6 эталонного сигнала, третий 7 ичетвертый 8 мультиплексоры, второй9 и третий 10 блоки памяти (БП), блок11 умножения (БУ), первый 12 и второй 13 счетчики адреса, дополнительный регистр 14, сумматор 15, регистр16, первый блок 17 памяти, третийсчетчик 18 адреса, блок 19 синхронизации.Блок синхронизации (фиг.2) содержит с первого по шестой элементыИ 20 - 26, элемент НЕ 27, первыйтриггер 28, четвертый триггер 29,второй 30 и третий 31 триггеры, генератор 32 тактовых импульсов, регистр33 команд, первый 34 и второй 35 элементы задержки, дешифратор 36, счетчик 37 Грея, второй 38 и первый 39перестраиваемые счетчики, компаратор40 кодов, элементы ИЛИ 4 - 45, первый 46 и второй 47 счетчики,Четвертый вход блока 19 являетсявходом импульса, синхронизирующегосчитывание, третий вход подключен кшине команд (ШК), второй вход является входом импульса "Пуск", а первыйвход - входом импульса синхронизациизаписи (СХИЗМА) коррелометра. Первыйвыход блока 19 подключен к стробирующим входам АЦП 1 и 2, второй выход -к управляющим входам мультиплексоров3 и 4, четвертый выход - к управляющим входам мультиплексоров 7, 8, де"сятый выход - к входам синхронизациизаписи блоков 9, 10 памяти, пятыйвыход - к счетному входу счетчика 1230 адреса, шестой выход - к счетному входу счетчика 13, седьмой выход - к входам установки счетчиков 12, 13, 18 адреса, восьмой выход - к входам сброса счетчиков 12, 13, 18 адреса, девятый выход - к управляющим входам резисторов 5 и 14, третий выход блока 19 соединен с входом синхронизации записи регистра 16, одиннадцатый выход - с входом синхронизации записи блока 17 памяти, двенадцатыи выход - со счетным входом счетчика 18. Первый вход блока 9 является первым входом элемента И 20, а выход - его первым выходом. Выход элемента ИЛИ 41 является пятым выходом блока 19, выход элемента ИЛИ 42 - его шестым выходом. Выход элемента 34 задержки является десятым выходом блока 19, выход элемента ИЛИ 43 - третьим выходом блока 19, выход элемента ИЛИ 44 - одиннадцатым выходом блока 19, выход регистра 33 - восьмым выходом блока 19. Третий и четвертый выходы регистра 33 команд являются четвертым и вторым выходами блока 19 соответственно, Выход элемента И 24 является девятым выходом блока 19.Устройство работает следующим образом.По команде от внешних устройств (потребителя) вырабатываются вычиса ляемая функция (автокорреляция или 35 40 45 50 55 5 10 15 20 25 взаимная корреляция), количество отсчетов вычисляемой функции, длина обрабатываемой реализации и вид поступающей информации (непрерывный сигнал или цифровая последователь" ность). При поступлении внешнего импульса Пуск" с второго входа блока19 на вход управления записью регистра 33 команд на информационный входрегистра 33 по шине команд поступаюткоды выбираемых параметров и записываются им. Далее из регистра 33 команды код А, определяющий количествоотсчетов вычисляемой функции, подает- ся на вход управления счетчика 38, а также на информационный вход счетчика 4.7. Код В, определяющий длину обрабатываемой выборки, подается навход управления счетчика 39, Бит, определяющий вид поступающей информации, по второмувыходу блока 19 поступает на управляющие входы мультиплексоров 3 и 4, а бит, определяющий вычисляемую функцию, по третьему выходу блока 19 поступает на управляю13632 щие входы мультиплексоров 7 и 8. Импульсом "Пуск" устанавливаются в сос - тояние "1" триггеры 28, 31, в состояние "0" - триггер 30 и осуществляет-5 ся разрешение записи в счетчик 47 кода А из регистра 33 команд. Этим же импульсом в исходное состояние устанавливаются следующие блоки: счетчик 37 Грея, перестраиваемые счетчи- О ки 38, 39 и счетчик 46 устанавливаются в нулевое состояние; код, соответствующий нулю, записывается во всех ячейках блоков 9, 10 памяти каналов Х и У; устанавливаются в состояние 5 "1" счетчики 12, 13 адреса каналов Х и У; записывается код, соответствующий нулю, во всех ячейках блока 17 памяти; устанавливается в состояние нуля счетчик 18 адреса. После 20 импульса "Пуск" по первому, входу блока 19 через элемент И 20 поступает импульс синхронизации записи (СХИ ), который устанавливает в состояние логической единицы триггер 29 и че рез первый выход блока 19 поступает на стробирующие входы аналого-цифровьж преобразователей 1 и 2, с помощью которых непрерывные сигналы Б и У одновременно преобразуются в их 30 цифровые мгновенные значения. Импульсом СХИ э добавляется единица через элементы ИЛИ 41, 42 к содержанию счетчиков 12, 13 адреса Х и У каналов. С задержкой, задаваемой элементом 34 задержки, импульс СХИ д подается на входы синхронизации записи блоков 9, 1 О памяти. Триггер 29 позволяет проход импульсов тактовой частоты, формируемых генератором 32 так товых импульсов, через элемент И 25 на счетный вход счетчика 37 Грея. В течение одного цикла счетчика 37 Грея дешифратор 36 формирует четыре разнесенных во времени синхроимпульса. В течение 2 А циклов счетчика 37 Грея дешифратором 36 вырабатываются четыре независимые последовательности импульсов. Первая последовательность импульсов с первого выхода 50 дешифратора 36 поступает на первые входы элементов И 21, 22 и делится посредством перестраиваемого счетчика 38 и элемента НЕ 27 на две разнесенные во времени и равные по длительности группы импульсов, которые через элементы И 21 и 22, элементы ИЛИ 41 и 42 по пятому и шестому выходам блока 19 поступают соответствен 46 4но на входы счетчиков 12 и 13 адреса.Таким образом, в течение 2 А цикловсчетчика 37 Грея на счетный входсчетчика 12 адреса Х канала по пятому выходу блока 19 поступает перваяпоследовательность в А импульсовСХИ , а затем по шестому выходу блока 19 поступает вторая последовательность в А импульсов СХИ на счетныйвход счетчика 13 адреса канала У, Одновременно с группами импульсов СХИ,и СХИ по двенадцатому, третьему иодиннадцатому выходам блока 19 проходят последовательности .в 2 А импульсов СХИз, СХИ , СХИна счетный вход счетчика 18 адреса, на вход синхронизации записи регистра 16 и вход синхронизации записи блока 17 памятисоответственно. Таким образом, цифровые отсчеты входньж сигналов ТиУ, поступившие от аналого-цифровыхпреобразователей 1 и 2, или цифровыеотсчеты, поступившие от внешнего задающего устройства по шинам данных6 6, импульсом СХИзаписываютсяв адрес, равный нулю, блоков 9, 10памяти обоих каналов, Далее отсчетыХ, и 7 , записанные в блоках 9, 10памяти обоих каналов, поступают навходы блока 11 умножения, а результат умножения поступает через регистры 5 и 14 на один вход сумматора 15,на другой вход сумматора 15 подаетсячерез регистр 16 код, записанный внулевом адресе блока 17 памяти. Припоступлении с третьего выхода блока19 импульса СХИ , который являетсяСХИпрошедшим через элемент ИЛИ43, в регистр 16 записывается код нулевого адреса блока 17. Затем полученная сумматором 15 сумма записывается в тот же нулевой адрес блока 17 памяти при поступлении с одиннадцатого выхода блока 19 импульса СХИ, который,является импульсом СХИ , прошедшим через элемент 35 задержки.После этого импульсом СХИ, поступающим по пятому выходу блока 19, ксодержанию счетчика 12 адреса канала Х добавляется единица (устанавливается адрес, равный единице) и блоком 11 умножения перемножаются соответствующие адреса счетчиков 13, 12адреса У и Х каналов значения Т Х.Следующим импульсом СХИЗ, поступающим по двенадцатому выходу блока 19,прибавляется единица к содержанию счетчика 18 адреса; считанный по это 1363246му адресу результат с выхода блока17 памяти импульсом СХИ записывается в регистр 16. Сумматором 15 к считанному из блока 17 памяти в регистр16 значению добавляется текущее значение У, Хи результат импульсомСХИ записывается в тот же адрес блока 17 памяти. Таким образом, поступают А импульсов СХИ и перебираютсясчетчиком 12 А адресов блока 9 памяти канала Х. При этом к хранящимся в блоке 17 памяти результатамн и:Е У. Х, У;Х.ЕУ, Х, опре-ф 1йделяющим корреляционную функцию относительно сигнала 1, добавляются текущие значения У,Х У; Х;Т,Х. После А тактов счетчик 12 канала Х возвращается в исходное дляданного цикла состояние, Затем поступают А импульсов СХИи перебираютсяА адресов блока 10 памяти канала У. Аналогично к хранящимся в блокею10 памяти результатам . Х,Ун иХ, У;,Х, У; определяю 1-1щйм корреляционную функцию относительного сигнала 13, добавляются текущие значения Х;У Х,У;Х;У;,. После 2 А тактов счетчик 37Грея формирует сигнал, который, пройдя через.перестраиваемый счетчик 38,поступает на вход сброса триггера29, и цикл вычисления корреляционной функции прекращается до поступленияследующего импульса СХИ щ . С приходом следующего импульса СХИпо пятому и шестому выходам синхронизатора 19 к содержимому счетчиков 2, 13адреса обоих каналов добавляется единица (т.е. устанавливается адрес,равный единицеи в блоки 9, 10 памяти переписывается в данный адрес поступивший отсчет мгновенного значенияисследуемых Ц и П сигналов. Одновременно устанавливается в состояние"1" триггер 29, и цикл вычислениякорреляционной функции продолжается. Циклы вычислений повторяются, таким образом, с приходом текущего импульса СХИдо тех пор, пока перестраиваемый счетчик 39 не сформирует импульс, определяющий конец выборки, который сбросит триггер 28. Этот триггер блокирует дальнейшее поступ. ление импульсов СХИ., и вычисление корреляционной функции прекращается.55 Формула изобретения 1. Многофункциональный цифровойкоррелометр, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи,информационные входы которых являютЧерез определяемое счетчиком 46 количество.пришедших отсчетов мгновенного значения триггер 30 устанавливается в состояние "1". Это позволяет обеспечить проход импульсов с выхода перестраиваемого счетчика 38через элемент И 26 на счетный входсчетчика 47. Результат счетчика 47 10 компаратором 40 кода сравнивается скодом счетчика 18 адреса блока 17памяти, поступающим по пятому входублока 19. Если код адреса больше кода счетчика 47, компаратор 40 кода 15 вырабатывает сигнал, который, пройдячерез элемент И 24, по девятому выходу блока 19 поступает на управляющийвход регистров 5 и 14, обеспечивая при этом сдвиг результата блока 1120 умножения на один разряд, т.е. умножение на два. Таким образом, отсутствие информации в начале выборки компенсируется умножением на два части выборки, содержащей необходимую информацию для вычисления корреляционной функции, После заполнения счетчик 47 формирует импульс конца заполнения, который сбрасывает триггер31. Триггер 31 в течение дальнейшего30 вычисления корреляционной функциизапрещает регистрам 5 и 14 умножениена два текущего результата умножения,т.е. блокирует подключение выхода регистра 5 к входу сумматора 15Аналогично взаимной корреляционной функции вычисляется и автокорреляционная функция, Разница лишь в том, что на второй канал поступают через мультиплексор 7 или 8 отсчеты 40 того же сигнала.При считывании определенной корреляционной функции импульсами СХИцпоступающими через элементы И 23 иИЛИ 45 по двенадцатому выходу синхро 5 низатора, перебираются все адреса счетчика 18 адреса, Одновременно с блока 17 памяти вычисленные отсчетыкорреляционной функции поступают последовательно на выход устройства, Де 5 О ление на Б (где 0=2, 1 с=1,2ш)осуществляется переносом запятой на К разрядов.7 13632 ся первым и вторым информационными входами коррелометра соответственно, четыре мультиплексора, блок умножения, регистр, сумматор, три блока памяти и блок синхронизации, первый выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифровых преобразователей, управляющие входы первого и второго мультиплексоров соединены с 10 вторым выходом блока синхронизации, управляющий вход третьего мультиплексора соединен с управляющим входом четвертого мультиплексора, третий выход блока синхронизации соединен 15 с входом записи регистра, выход сумматора соединен с информационным входом первого блока памяти, выход которого соединен с информационным входом регистра, о т л и ч а ю щ и й - 2 О с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены три счетчика адреса, дополнительный регистр и регистр сдвига,.выходы первого и второго счетчиков адреса соединены с ад ресными входами второго и третьего блоков памяти соответственно, первый вход сумматора соединен с выходом регистра, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соеди иены с первыми информационными входами первого и второго мультиплексоров соответственно, вторые информационные входы которых являются первым и вторым входами эталонного сигнала35 коррелометра соотв етств енно, выход первого мультиплексора соединен с первыми информационными входами третьего и четвертого мультиплексоров, вторые информационные входы которых 40 соединены с выходом второго мультиплексора, выходы третьего и четвертого мультиплексоров соединены с информационными входами второго и третьего блоков памяти соответственно, вы ходы которых соединены с первым и вторым входами блока умножения, выход которого соединен с информационными входами регистра сдвига и дополнительного регистра, выходы которых соединены с вторым входом сумматора, четвертый выход блока синхронизации соединен с управляющим входом третьего мультиплексора, пятый и шестой выходы блока синхронизации соединены соответственно со счетными входами первого и второго счетчиков адреса, седьмой выход блока синхронизации соединен с входами установки счетчи" ков адреса, восьмой выход блока синхронизации соединен с входами сброса счетчиков адреса, девятый выход блока синхронизации соединен с входом разрешения считывания регистра сдвига и входом запрещения считывания дополнительного регистра, десятый и одиннадцатый выходы блока синхронизации соединены с входами записи второго, третьего блоков памяти и. первого блока памяти соответственно, двенадцатый. выход блока синхронизации соединен со счетным входом третьего счетчика адреса, выход которого соединен с адресным входом первого блока памяти и входом задания режима блока синхронизации, первый вход стробирования которого является входом стробирования записи коррелометра, вход запуска блока синхронизации является входом запуска коррелометра, вход задания цикла вычислений блока синхронизации является входом задания вычисляемой функции коррелометра, второй вход стробирования блока синхронизации является входом стробирования считывания коррелометра, выход первого блока памяти является выходом коррелометра.2. Коррелометр по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок синхронизации содержит семь элементов И, элемент НЕ, четыре триггера, генератор тактовых импульсов, регистр команд, два элемента задержки, дешифратор, счетчик Грея, два перестраиваемых счетчика, компаратор кода, пять элементов ИЛИ и два счетчика, причем первый вход стробирования блока является первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, а выход является первым выходом блока и подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых являются соответственно пятым и шестым выходами блока, к входу установки второго триггера, а также к входу первого элемента задержки, выход которого является десятым выходом блока и подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом блока, и через второй элемент задержки подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, выход которого является одиннадцатым выходом блока, второй вход четвертого элемента ИЛИ913 подключен к первому выходу дешифратора, второй выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ, третий выход - к первому входу пятого элемента ИЛИ, а четвертый выход - к первым входам второго и третьего элементов И, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, выход пятого элемента ИЛИ является двенадцатым выходом блока, второй вход пятого элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого элемента И, .первый вход которого является вторым входом стробирования блока, а второй подключен к инверсному выходу первого триггера, вход сброса которого подключен к выходу первого перестраиваемого счетчика, вход установки первого триггера является вторым входом блока и подключен к входам сброса счетчика Грея, первого и второго перестраиваемых счетчиков и второго триггера, а также к входу установки третьего триггера, к входам записи первого, второго счетчиков и регист" ра команд и является седьмым выходом блока, информационный вход регистра команд является входом задания цикла вычислений блока, первый вход регистра команд подключен к управляющему входу второго перестраиваемого счетчика, к информационному входу второго счетчика и является восьмым выходом блока, второй выход регистра команд подключен к управляющему входу первого перестраиваемого счетчика, а третий и четвертый выходы регистра 632461 Окоманд являются соответственно четвертым и вторым выходами блока, разрядный выход второго счетчика подключен к первому информационному входукомпаратора кода, второй информационный вход которого является входомзадания режима блока, выход переполнения второго счетчика подключен квходу сброса третьего триггера, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, второйвход которого подключен к выходу компаратора кода, выход пятого элементаИ является девятым выходом блока,выход генератора тактовых импульсовподключен к первому входу шестогоэлемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера,выход шестого элемента И подключенк счетному входу счетчика Грея, разрядный выход которого подключен квходу дешифратора, выход переполнения счетчика Грея подключен к счетному входу второго перестраиваемогосчетчика, выход которого подключен квходу сброса второго триггера, к первому входу седьмого элемента И, ксчетному входу первого перестраиваемого счетчика и первого счетчика, квторому входу второго элемента И и квходу элемента НЕ, выход которогосоединен с вторым входом третьегоэлемента И, выход первого счетчика35подключен к входу установки второготриггера, выход которого соединен свторым входом седьмого элемента И,выход кОторого подключен к счетномувходу второго счетчика.1363246 6(схи,) сс й(ииа 3 5 г оставитель Е.Ефимовехред М.Дидык оррек тор М.Мак симиш актор А.Маковск аказ 6364/42 Подписноеета СССРрытийя наб., д. 4/5 олиграфическое предприятие, г. Ужгор Проектная, 4 оизводствен Тираж 671 НИИПИ Государственного коми по делам изобретений и о 13035, Москва, Ж, Раушс