Устройство линейного кодирования

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 6 06 Р 15/3 ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР ТЕНТНОЕ 1 Ц Ц ТЕНИЯ САН О К АВТОРСКОМУ ЕЛЬС(75) А,Б. Ордынский и Н.Ю. Боронов (56) Авторское свидетельство СССР Ь 1191920, кл. 6 06 Р 15/36, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1481798, кл. 6 06 Р 15/36, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ЛИНЕЙНОГО КОДИРОВАНИЯ(57) Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, в частности к устройствам, встраиваемым в системы для решения задач диагностики и распознавания, гидро- и радиолокации, акустики и дефектоскопии, обработки реиевых структур и построения адаптивных систем. Цель изобретения -2расширение области. применения за счет увеличения числа анализируемых параметров. Устройство линейного кодирования содержит гейератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь, регистры, счетчик, арифметико-логическое устройство, цифровыекомпараторц, оперативное запомийающее устройство, триггеры,. элемейты И.-НЕ и ИЛИ-НЕ. Новым в устройстве является использовайие алто- ритма параллельной обработки, результатом выполнения которого является получение набора функциональных параметров, адекватно отображающих в масштабе реальйого времени входной сигнал на уровне оценки мгновенных значений и на уровне модуляционных процессов.различной формы и структуры. 2 ил,Изобретение относится к специализи- ветственно с информационными входами рованным средствам вычислительной тех- первого регистра, второй регистр, счетчик, ники., предназначенным для анализа информационные выходы которого соедисигналов, и может использоваться в систе- нены соответственно с первыми информамах при решении задач диагностики и рас, ционными входами запоминающего познавания, гидро- и радиолокации, устройства, первый и второй триггеры, элеакустики и дефектоскопии, обработки рече- менты И-НЕ и ИЛИ-НЕ, первый цифровой вых,структур и построения адаптивных сис- компаратор, первые входы которого соедитем," -.,:.:, . нены соответственно с информационнымиИзвестно устройство для текущей оцен выходами первого регистра, запоминающее ки уровня сигнала, содержащее аналого- . устройство выполнено на оперативном зацифровой преобразователь,. регистр, блок поминающем устройстве, в устройство управления, мультиплексор, коммутатор и введены второй и третий цифровые компаблок выбора центрального отсчета. раторы, третий триггер, третий, четвертый,Недостатками известного устройства 15 пятый и шестой регистры, первое и второе являются"большие аппаратурные затраты, арифметико-логические устройства, первый обеспечивающие выполнение сложного ал- и второй мультиплексоры, управляющийгоритма, сильная зависимость аппаратур. вход первого из которых объединен со счетных затрат при увеличении разрядности ным входом счетчика и соединен суправлячислового эквивалента входного сигнала, 20 ющим выходом регистра, вход записи низкая производительность и ограничен- которого соединен с выходом генератора ность функциойальных возможностей. тактовых импульсов, а информационные выНаиболее близким к изобретению по ходы - с информационными входами второ- технической сущностиявляется анализатор го регистра, вход записи которого соединен экстремумов, содержащий аналого-цифрос выходом элементаИ-НЕ, а информационвой преобразователь, вход которого являет- ный вход является первой информационнойся входом устройства, блок сравнения, выходной шиной устройства и подключен крегистр, триггеры; счетчики, блоки задания информационным входам третьего и четверкодов временныхинтервалов иформирова- того регистров и вторым входам первого ния импульсных последовательностей, эле цифрового компаратора, первый, второй, менты И, элементы ИЛИ-НЕ, элементы и третий выходы которого подключены И-НЕ и три блока ключей считывания. Саво- к соответствующим входам первого купность указанных элементов позволяет мультиплексора, выходы которого соедификсировать вреЦенйой интервал анализа нены с соответствующими входами только в пределах фиксированных окон, те элемента И-НЕ и соответственно с входами .:кущеезначениевходногосигналаи времен- синхронизации, первым и вторым устаноной интервал появления экстремума с вочными входами первого триггера, прямой привязкой к сигналу "Пуск" выход которого соединен с входом синхро-Недостаткамй известного устройства . низации второго триггера и входом управле:являютсяотсутствиевозможностивыполне ния четвертого регистра, управляющий ния непрерывного анализа, ограничение. выход которого соединен с входом записи оперативности в измерениях и сужение ди- пятого регистра и установочным входом намического диапазона входного сигнала третьего триггера, вход синхронизации коза счет формирования временных интерва- торого соединен с инверсным выходом перлов (окон) обзора. низкая надежность за 45 вого триггера; является шиной признака счет кольцевой обратной связи при форми- устройства и объединен с информационным ровании сигнала,для смены временного входом первого триггера, управляющим интервала, а также ограничение функцио- входом второго мультиплексора и входом нальных возможностей, связанное с алго-. управления третьего ретистра, управляю- ритмическими особенностями устройства. 50 щий выход. которого подключен к входу заЦелью изобретения является расшире- писи шестого. регистра и установочномуние области применения за счет увеличения входу второго триггера, прямой выход кото- . числа анализируемых параметров. рого соединен с первым входом элементаДля достижения поставленной цели в ИЛИ-НЕ,второйвходкоторогоподключенкустройстве линейного кодирования, содер прямому выходу третьего триггера, а выход жащем генератор тактовых импульсов, вы- соединен с входом записи оперативного заход которого соединен с входом запуска поминающего устройства и входами записи аналого-цифрового преобразователя. ин- третьего и четвертого регистров, информаформационный вход которого является ционный выход четвертого регистра подвходной шиной, а выходы соединены соот- ключен к информационному входу шестогорегистра, первому информационному входу ры, первую информационную шину 24 уствторого арифметико-логического устройст- ройства, шину признака 25 устройства, втова и первому входу третьего цифрового ком- рую информационную выходную шину 26паратора, второй вход которого соединен с устройства,информационным выходом шестого регист Первый регистр 4 выполняет функциюра и объединен с вторым информационным хранения текущего зйацения сигнала И =входом второго арифметика-логического ус-, =1(0), поступающегос выхода АЦП 2; записьтройства, вход управления которого соеди-информации осуществляется по фронту гнен с выходом третьего цифрового(1.0) импульса, поступающегос выхода генекомпаратора и объединен с первым инфор ратооа 1 тактовых импульсов; регистр момационным входом второго мультиплексо- жет быть выполнен с использованиемра, а выход подключен к второму интегральных схем (ЙС) типа 588 ИР 1информационному входу второго мульти- Второй регистр 5 предназначей для храплексора, третий информационный вход ко- нения значений Йи = фЗ) входного сигналаторого объединен с входом управления 15 и может быть выполнен на ИС тип 588 ИР 1.первого арифметико-логического устройст-Счетчик 6 предназначей для отображева и соединен с выходом второго цифрового ния временного интервала между соседникомпаратора, первый вход которого объеди- ми экстремумами и может быть выполнен нанен с первым информационным входомИС типа 533 ИЕ 10, 1564 ИЕ 10 и др.первого арифметико-логического устройст Третий 1.6, пятый 18 и четвертый 17,ва и соединен с информационным выходом шестой 19 регистры предназначены для храпятого регистра, информационный вход ко- нения двух соседних одноименных экстреторого соединен с информационным выхо- мумов соответственно максимального идом третьего регистра и объединен с . минимального значейий входного сигнала,вторым входом второго цифрового компара расположенных последовательно во вретора и вторым информационным входом менной области, и могут бытьвыполнены напервого арифметико-логического устройст- ИС типа 588 ИР 1.ва, информационный выходкоторого под-Первый цифровой компаратор 12, пер-ключен к четвертому информационному вый мультиплексор 22 и первый триггер 8входу второго мультиплексора, выходы 30 выполняют соответственно функции сравкоторого соединены соответственно с нения двух чисел, формирования трех сигвторыми информационными входами ойе- налов (" больше", "равно" и "меньше" ),ративного запоминающего устройства, ин- . обеспечивающих регистрацию дискретныхформационные выходы которого являются значейий ОО/б 1 и фиксацию момейта времевторой информационной выходной шиной 35 ни появления экстремума и знака первойустройства,а выход управления соединен с производной входного сигнала, и могутвходом установки в ноль счетчика. быть выполненьг на ИС типа 533 СП 1 (1564Изобретение обеспечивает уменьше- СП 1), 533 КП 14, 533 ТМ 2 и др,ние аппаратурных затрат с одновременным Цифровой компаратор 13 (14) и АЛУ 20повышением надежности, формирование 40 (21)обеспечиваютопределениевидавыполнабора информационных и управляющих няемой операции и вычисление разностисигналов для обработки различных типовмежду соседйими экстремумами максисигналов, что приводит к расширению фун- мальных (минимальных) значений входногокциональных возможностей и области при- сигнала и могут быть выполйены на ИС типаменения, 45 533 СП 1 и 533 ИПЗ.На фиг.1,2 изображены структурйаяОперативное запомйнающее устройстсхема предлагаемого устройства и времен- во 7 (ОЗУ) предназначено для запоминания.ные диаграммы, поясняющие его работу. и накопления разностных значений соседУстройствосодержитгенератор 1 такто-них экстремумов, числовых эквивалентоавыхимпульсов, аналого-цифровой преобра временных интервалов между максимальзователь (АЦП) 2, имеющий вход 3 ным(минимальным) и минимальным(максиустройства, первый 4 и второй 5 регистры, мальным) экстремумами, а также знаковойсчетчик 6, запоминающее устройство 7, пер- информации результата операции АЛУ и мовый 8 ивторой 9 триггеры,элементИ-НЕ 10, жет быть выполнено на ИС типа 588 ИР 1,элементИЛИ-НЕ 11, первый 12, второй 13 и 55 1002 ИР 1 идр,третий 14 цифровые компараторы, третий Принцип работы устройства линейноготриггер 15, третий 16, четвертый 17, пятый кодирования состоит в следующем.18 и шестой 19 регистры, первое 20 и второе В начальный момент времени использу 21 арифметико-логические устройства емые в схеме элементы с памятью(счетчик,10 20 25 30 35 40 водится запись во второй регистр 5 числа йь 45 50 55 извольном состоянии. Пусть указанные элементы находятся в нулевом состбянии, При появлении на выходе генератора 1 тактовых импульсов переднего фронта т(0.1) импульса производится запуск АЦП 2.и выдача кодированной информации. По заднему фронту г (1,0) этого же импульса производится запись результата преобразования АЦП 2 в первый регистр 4, После завершения внутренних преобразований в первом регистре 4 на его информационном выходе появится числовое отображение К входного сигнала, которое поступает на информационный вход второго регистра 5 и первый информационный вход первого цифрового компаратора 12, Одновременно с этим на управляющем выходе первого регистра 4 сформируется отрицательный импульс, свидетельствующий об окончании режима записи и готовности данных на выходе регистра. Под действием этого импульса производится изменение состояния счетчика 6 нэ единицу и одновременно с этим стробирование первого мультиплексора 22,входной информацией которого являются выходные сигналы (" больше"., "равно", "меньше") первого цифрового компаратора 12, Пусть числовой эквивалент первой выборки АЦП 2 больше нуля. Тогда на выходе "больше" первого цифрового компаратора 12 появится сигнал с уровнем логической "1", который будет про. стробирован выходным импульсом первого регистра 4 Выходной сигнал первого мультиплексора 22, воздействуя на установочный вход й первого триггера 8, подтверждает нулевое состояние триггера, т,е, выходное состояние последнего не изменяется. Наряду с этим выходные сигналы первого мультиплексора 22 воздействуют на эле. мент И-НЕ 10, нэ выходе которого формируется импульс положительной полярности, По заднему фронту т(1,0) произпоступающего с выхода первого регистра 4, После выполнения операции записи во второй регистр 5 нэ информационных входах первого цифрового компарэторэ 12 установятся равные числа, на его выходе "равно" появится сигнал с уровнем логической "1", который не окажет воздействия на первый триггер 8, так как отсутствует сигнал строба первого мультиплексора 22, При появлении следующего импульса генератора 1 тактовых импульсов АЦП 2 выдает новую информацию, которая записывается в первый регистр 4 под воздействием фронта г(1,0) импульсной последовательности, Если числовой эквивалент новой информации больше предыдущего (И+й), то на выходе"больше" первого цифрового компаратора12 вновь появится сигнал с уровнем логиче 5 ской "1", который под воздействием импульса готовности данных первого регистра 4поступит на установочный вход й первоготриггера 8 и подтвердит его нулевое. состояние, а состояние счетчика 6 увеличится наединицу. Выходной сигнал первого мультиплексора 22, пройдя через элемент И-НЕ 10,произведет запись во второй регистр 5 выходной информации (Й+ 1) первого регистра 4. В таком режиме устройство работает15 до тех пор, пока в первом регистре 4 записываются числа, превышающие значения напредыдущем шаге, т,е. входная аналоговаявеличина имеет тенденцию к увеличению.При достижении максимального значениявозможны два случая (фиг.2).. Пусть в первом случае максимальноезначение сигнала описывается многократным повторением одного и того же чйслового эквивалента на выходе АЦП 2, котороепереписывается в первый 4 регистр. В этомслучае уже при повторной итерации выходные числа первого 4 и второго 5 регистроводинаковы и, следовательно, на информационных входах первого цифрового компаратора 12 присутствуют равные числа, что,влечет эа собой формирование сигнала суровнем логической "1" на выходе "равно".первого цифрового компаратора 12, выходной сигнал которого воздействует навходсинхронизации первого триггера 8. Приэтом следует отметить, что его инверсныйвыход соединен с информационным входом, образуя функциональное включение 0 триггера в режиме Т-триггера (деление надвэ), В течение интервала времени более 2То (То - период импульсной последовательности генератора импульсной последовательности) на выходе первого триггера 8присутствует сигнал типа "меандр", Кактолько в первый 4 регистр будет записаночисло меньше максимального, на выходе"меньше" первого цифрового компаратора12 сформируется сигнал с уровнем логической "1", который, при воздействии на входстроба первого мультиплексора 22 импульса готовности данных первого регистра 4,произведет установку по установочномувходу Я первого триггера 8 в единичное состояние, При дальнейшем уменьшенииуровня входного сигнала единичное состояние первого триггера 8 будет подтверждаться выходными сигналами "меньше" первогоцифрового компаратора 12,Второй случай описывается следующейпоследовательностью Пусть выходное число первого регистра 4 больше числа хранимого во втором регистре 5 и характеризует текущий экстремум входного сигнала - нулевое состояние первого триггера 8 подтвердится выходным сигналом первого цифрового компаратора 12. Следующее значение числового эквивалента АЦП 2 уменьшается по отношению к величине экстремума, и, следовательно, на первом информационном входе первого цифрового компаратора 12 появится число, меньшее выходного числа (значение экстремума) второго регистра 5, которое подается на второй информационный вход первого цифрового компаратора 12. В результате сравнения входных чисел на выходе "меньше" компаратора 12 появится сигнал с уровнем логи- ческой "1", который, пройдя через первый мультиплексор 22, поступит на установочный вход Я первого триггера 8 и установит его в единичное состояние. Дальнейшее уменьшение величины входного сигнала будет подтверждаться формированием сигнала "меньше" первого цифровогокомпаратора 12 и единичным состояниемпервого триггера 8.Рассмотренный алгоритм анализа текущего экстремума максимального значения входного сигнала на первой ступени обработки в равной степени относится и к анализу экстремумов минимального значения входного сигнала.Взаимодействие элементов устройства рассмотрено в режимах стационарного увеличения (уменьшения) величины входного сигнала, Более детально следует остановиться на моментах изменения знака бО/б 1 входного сигнала с точки зрения работы остальных элементов устройства (вторая ступень обработки),Устанавливают, что увеличение величины входного сигнала определяется положительными приращениями, а уменьшение. - отрицательными приращениями, При положительных приращениях входного сигнала первый триггер 8 находится в нулевом со стоянии и, следовательно, при переходе экстремума максимального значения третий регистр 16 будет готов к приему числа,тождественного экстремуму входного сигнала (готовность приема информации определяется сигналом с уровнем логического "0", поступающего с парафазного выхода первого триггера 8 на управляющий вход"выбор кристалла" регистра), запись в который производится по фронту т(1.0). сформированному вторым триггером 9 и элементом ИЛИ-НЕ 11. (Здесь следует пояснить, что с появлением на входе синхронизации триг 10 15 20 25 30 40 50 гера 9 (15) фронта т(0,1) последний устанавливается в единичное состояние). После выполнения операции записи на управляющем выходе третьего регистра 16 сформируется отрицательный импульс, который произведет установку в исходное (нулевое) состояние второго триггера 9 и перезапись предшествующего экстремума минимального значения из четвертого 17 в шестой 19 регистр.Выходные числа третьего 16 и пятого 18регистров поступают одновременно на информационные входы первого АЛУ 20 и вто- рогЬ комп аратора 13, выходн ые сигнал ы которого определяют тип выполняемой операции в.АЛУ и характеризуют направление изменения огибающей входного сигнала (знак бОО/бт, где Оо - напряжение огибающей входного сигнала), На информационном выходе первого, АЛУ 2 присутствует числовой эквивалент разности между соседними экстремумами максимальных значений входного сигнала, который поступает на пятый информационный вход второго мультиплексора 23. Управление вторым мультиплексором 23 осуществляется сигналом с инверсного выхода первого триггера 8. В данном случае на управляющем входе второго мультиплексора 23 присутствует сигнал с уровнем логического "0", который коммутирует пятый и четвертый информационные входы с выходом, и, следовательно, результат и признак выполнения операции в первом АЛУ 20 присутствуют на, 5 информационном входе ОЗУ 7. Запись информации в ОЗУ 7 осуществляется по фронту т (1.0) выходного сигнала элемента ИЛИ-НЕ 11. Составной частью входной информации ОЗУ 7 является также информация, снимаемая со счетчика 6, числовой эквивалент которой пропорционален временному интервалу между экстремумами максимального(минимального) и минимального (максимального) значений,Установка в нулевое состояние счетчика6 производится выходным импульсом ОЗУ 7 после окончания режима записи информации, Таким образом, на выход 26 устройства поступают числа, содержащие информацию о знаке и разности между однополярными экстремумами и временном интервале между разнополярными экстремумами,При переходе экстремума минимального значения первый триггер 8 устанавливается в нулевое состояние и с помощью третьего триггера 15 и элемента ИЛИ-НЕ 11 формируется импульс записи информации, включающей результат и признак выполнения операции во втором АЛУ 21 скоммутиФравенной по второму и третьему информа- Ф ормула изобретения ционным входам вторым мультиплексором Устройство линейного кодирования, со, и выходное состояние счетчика 6, в ОЗУ держащее генератор тактовых импульсов, 7 и информации о текущей величине экстре- выход которого соединен с входом запуска мума минимального значения, поступаю, аналого-цифрового преобразователя, инщей с выхода второго 5 регистра, в формационный вход которого является четвертый регистр 17. Выходной управляю- входной шиной, а выходы соединены соотщий сигнал четвертого регистра 17, фикси- ветственно с информационными входами рующий готовность данных на выходе первого регистра, второй регистр, счетчик, регистра, производит установку в исходное 10 информационные выходы которого соединулевое) состояние третьего триггера 15 и нены соответственно с первыми информазапись предшествующего экстремума мак- ционными входами запоминающего симального значения из третьего 16 в пятый устройства, первый и второй триггеры, эле регистр, Остальные взаимодействия менты И-НЕ и ИЛИ-НЕ, первый цифровой между четвертым 17, шестым 19 регистра кампаратор, первые входы которого соедими, третьим цифровым компаратором 14, нены соответственно с информационными вторым АЛУ 21 такие же, как и описанные выходами первого регистра, от л и ч а ювыше при рассмотрении интервала време- щ е е с я тем, что,. с целью расширения ни, в котором происходит измерение харак- области применения за счетувеличения чистеристики входного сигнала при переходе 20 ла анализируемых параметров, в нем започерезэкстремуммаксимальногозначения; минающее устройство выполнена наЕсли входной сигнал имеет плоскую оперативном запоминаощем устройстве и вершину экстремума (тождественно посто-введены второй и третий цифровые компаяннйй сигнал) с пульсациями, не превыша- ратары, третий тритгер, третий, четвертый, ющими по величине й 0,5 -младшего 25 пятый и шестой регистры, первое и второе значащего разряда АЦП 2 и длительностью . арифметика-логические устройства, первый более 2 То, то на вйходе АЦП 2 будет при- и второй мультиплексоры, управляющий сутстеовать одно значение числового экви- вход первого из которых объединен со счет- валента,При этом в первом 4, втором 5, ным входом счетчика и соединен с управлятретьем 16,четвертом 17,пятом 18 ишестом 30 ющим выходом регистра, вход записи 19 регистрах присутствуютодинаковые чис- которого соединен с выходом генератора ла; на парафазном выходе первого триггера тактовых импульсов, а информационные вы формируется сигнал типа "меандр", па ходы - с информационными входами второ- фронтам которого с помощью второго 9, го регистра, вход записи которого соединен третьего 15 триггеров и элемента ИЛИ-НЕ 35. с выходом элемента И-НЕ, а информацион формируются импульсы записи с.пери- ный выход является первой инфармационодом То На выходе 26 будет появляться ной вьходной шиной устройства и информация, содержащая числовой эквива- подключен к информационным входам лентвременного интервала, равный одному третьего и четвертого регистров и вторым периоду То, и число "ноль" - результат вы входам первого цифрового кампаратора, полнения операций в первом 20 и втором 21 первый, второй и третий выходы которогоподключены к соответствующим входам АЛУ.Таким образом, предлагаемое устройст- первого мультиплексора, выходы которого во линейного кодирования обладает по соединены с соответствующими входами сравнению с известным техническим реше элемента И-НЕ и соответственно с входами , нием большими функциональными возмож- синхронизации, первым и вторым устаноностями за счет введения алгоритма вочными входами первоготриггера,прямой параллельной обработки, результатом вы- выход которого соединен с входом синхрополнения которого является получение на- низации втораготриггераи входомуправлебора функциональных параметров, 50 ния четвертого регистра, управляющий адекватно отображающих в масштабе ре- выход которого соединен с входом записи ального времени входной сигнал, как на пятого регистра и установочным входом уровне оценки мгновенных значений (пер- третьего триггера, вход синхронизации ковая ступень), так и на уровне модуляциан- тЬрого соединен с инверсным выходам перных процессов различной формы и 55 ваго триггера, является шиной признака структуры (вторая ступень), что дозволяет устройства и объединен с информационным использовать предлагаемое устройство в входом первого триггера, управляющим качестве функционального узла при иссле- входом второго мультиплексора и входом довании, анализе и идентификации широко- управления третьего регистра, управляюга класса сигналов. щий выход которого подключдключен к входу за%гл. Г Редактор Г.Бельская Техред М,Моргентал . Корректор П.Гереши Заказ 4518, Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45 НТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент",.г. Ужгород, ул.Гагарина, 101писи шестого регистра и установочному входу второго триггера, прямой выход которого .соединен с первым входом элемента ИЛИНЕ, второй вход которого подключен к прямому выходу . третьего триггера, а выход соединен с входом записи . оперативного запоминающего устройства и входами записи третьего и четвертого регистров, информационный выход четвертого регистра подключен к информационному входу, шестого регистра, первому информационному входу второго арифметико-логического устройства и первому входу третьего цифрового компаратора, второй вход которого соединен с информационным выходом шестоГо регистра и объединен с вторым информационным входом второго арифметико-логического устройства, вход : управления которого соединен с выходом третьего цифрового компаратора и объединен с первым информационным входом второго мультиплексора, а выход подключен к второму информационному входу второго мультиплексора. тоетий информационный вход которого объединен с входом управления первого арифметико-логического устройства и соединен с выходом второго цифрового компаратора. первый вход кото рого объединен с первым информационным .входом первого арифметико-логического устройства и соединен с информацйонным выходом пятого регистра, информационный вход которого соединен с информационным 10 выходом третьего регистра и объединен с. вторым входом второго цифрового компаратора и вторым информационным входом .первого арифметико-логического устройства, информационный выход которого под ключен к четвертому информационномувходу второго мультиплексора, выходы которого соединены соответственно с вторыми информационными входами оперативного запоминающего устройства, ин формационные выходы которого являются, второй информационной выходной шинойустройства, э выход управления соединен с входом установки в ноль счетчика,