Многоканальное устройство для ввода аналоговых данных

(19) 4 0,06 У 3 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН 001196/24-242.01.867.09.87. Бюл. 11 33овосиби ский электр ехнически тьяков рующеепользозначениКонтро1, Носибир з ноСССР 1975(57) И зм ьнои ке и оже нии выс бора и а также мере транст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Носков Ю.В, Аппроксимимерительное устройство с иснием генератора дискретныхфункций Чебышева. - В сб..измерительные системыВыпотв. ред. М.П. Цапенко, Нов1976, с. 32-48.Авторское свидетельство11 526882, кл. 0 06 Р 3/05,ГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОИСТАЛОГОВЫХ ДАННЫХбретение относится ки вычислительной тех ть использовано при построекопроизводительных системобработки аналоговых данных,для сжатия информации при изи обработке совокупности входчин, являющихся функцией проенной координаты. Цель изобретения - расширение области примене-,ния устройства за счет организацииспектрального представления аналоговых данных и уменьшения объема вводимой информации. Устройство содержиткоммутатор, цифроаналоговый преобразователь, блок управления, блок постоянной памяти, блок вычисления спектральных коэффициентов, преобразователь кодов. На информационные входыкоммутатора в аналоговой форме поступают значения измеряемой функции пространственной координаты, Принцип работы устройства основан на спектральном разложении измеряемой функции побазисной системе ортогональных функций, т.е. на основе данных измерениявычисляются спектральные коэффициентыразложения, которые затем вводятся вЭВМ. Информация о значениях базисныхфункций в точках измерения хранитсяв блоке постоянной памяти. В качествебазисных используются функции Хаараи Уолша, принимающие значения О,+1.Это позволяет упростить вычислениеспектральных коэффициентов, Процессыизмерения и определения спектральныхкоэффициентов совмещены по времени.1 з.п. ф-лы, 5 ил 1 табл.Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при построениивысокопроизводительных систем сбора.)и обработки аналоговых данных, а также для сжатия информации при измерении и обработке совокупности входныхвеличин, являющихся функцией пространственной координаты.10Целью изобретения является расширение области применения устройстваза счет организации спектральногопредставления аналоговых данных иуменьшения объема вводимой информа Бции.На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - пример реализации блока управления; на фиг.3 -структурная схема преобразователя ко Одов; на фиг. 4 - временные диаграммыработы устройства; на фиг. 5 - примеринформации, записанной в блоке постоянной памяти.Устройство содержит коммутатор 1, 25аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 2, блок 3 управления, блок 4 попостоянной памяти (ППЗУ), преобразователь 5 кодов, блок 6 вычисления спектральных коэффициентов, состоящий из ВОоднотипных модулей 7, каждый из которых содержит узел 8 оперативной памяти первой группы (ОЗУ 1), сумматор 9,узел 10 оперативной памяти второйгруппы (ОЗУ 2), блок 1 буферных элементов, тактовый генератор 12, регистр 13 сдвига, элемент ИЛИ 14, двасчетчика 15 и 16 и два дешифратора 17 и 18, а также шифратор 19, мультиплексор 20, магистральный передатчик 21, компаратор 22.Устройство работает следующим образом,ЭВМ формирует команды "Пуск",пСброс, Запись , Считывание , Номер канала", "Номер базисной функции, Код уставки, поступающие навходы блока 3 управления, входы младших и старших разрядов адреса блока 4постоянной памяти и информационныевходы второй группы преобразователя 5кодов. В исходном состоянии при включении питания или в начале работысчетчики 15 и 16 и регистр 13 сдвигаблока 3 управления установлены в нулевое состояние.Основным блоком системы являетсяблок 6 вычисления спектральных коэффициентов, Блок 6 содержит 1 модулей 7, при этом каждый модуль позволяет вычислять любые выбранные ш спектральных коэффициентов за один цикл измерения. Для запоминания значений ш базисных функций в каждом модуле предусмотрен узел 8 оперативной памяти. В зависимости от характера измеряемого сигнала в ОЗУ 1 всех модулей нерезаписываются значения выбранного набора (из 1 т 1 И) ортогональных базисных функций, входящих в набор базисов, хранящихся в блоке 4 постоянной памяти, который представляет собой перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), В ППЗУ записаны И ненормированных базисных функций в И дискретных точках, Таких базисов в ППЗУ может быть записано несколько.Процедуры измерения и вычисления спектральных коэффициентов совмещены во времени; к концу одного цикла измерения (после опроса всех И датчиков) в узлах 10 оперативной памяти (ОЗУ 2) всех модулей накапливаются значения ненормированных коэффициентов, определяемых соотношениемС =х, х),1 где С - К-й ненормированный спектральный коэффициент;х - ординаты измеряемой прост 1ранственной функции;значение К-й базисной функции в 1-й дискретной точке,В предлагаемом устройстве используются системы базисных функций Хаара и Уолша, принимающих значения + 1,0, что позволяет операции умножения свести к операциям алгебраического сложения.Если число входных переменных х равно шестнадцати (И = 16), блок 6 вычисления спектральных коэффициентов разбит на четыре модуля 7 (1 = 4), каждый предназначен для вычисления четырех спектральных коэффициентов (ш = 4). Для определения спектрального состава входного сигнала по ортогональной системе базисных функций Хаара необходимо в ОЗУ 1 всех модулей 7 перезаписать шестнадцать ненормированных функций Хаара в шестнадцати дискретных точках. При этом ЭВМ задает восьмиразрядный двоичный код (фиг. 5), который включает в себя код номера базисной функции К (К = 0,15 четыре двоичных разряда) и код номерадискретной точки(1 = 0,15), и посылает импульсы записи, Два старших разряда кода номера базисной функции поступают на вход старших разрядов ад- реса блока 4 постоянной памяти, а два младших разряда номера базисной функции и четыре разряда кода номера дискретной точки поступают на вход младших разрядов адреса блока 4, При та О кой органиэации в ОЗУ 1 первого модуля 7 записываются первые четыре функции Хаара последовательно в шестнадцати дискретных точках (так как имеются импульсы записи на первом выходе 5 дешифратора 8 блока 3 управления), Затем появляются импульсы записи на втором выходе дешифратора 18 и следующие по порядку четыре функции Хаара записываются в ОЗУ 1 второго модуля 7 20 и т.д. В ОЗУ 1 четвертого модуля 7 запишутся четыре последних функции Хаара в шестнадцати дискретных точках.После того, как заканчивается режим перезаписи базисных функций, сиг налом "Пуск начинается процесс измерения и вычисления спектральных коэффициентов. При поступлении сигнала "Пуск" в блок 3 управления генера - тор 2 тактовых импульсов формирует 30 импульсы, поступающие на регистр 13 сдвига, который начинает формировать последовательность импульсов, сдвинутых по времени относительн друг друга (фиг. 4). Во время действия сигнала на первом выходе регистра 13 сдвига ЭВМ задает код номера канала (например, 000 О) на входы 3 группы блока 3 управления и с его выходов 1 поступает код на адресные входы ком мутатора 1, который подключает аналоговый сигнал соответствующего датчика (х) к измерительному входу АЦП 2, в котором начинается процесс А-Ц-преобразования по управляющему сигналу 45 с выхода 2 блока управления, который заканчивается к моменту появления импульса на третьем выходе регистра 13 сдвига. Вычисление частичных сумм (х; 9( в модулях производится за 5 п ш тактов, в нашем примере за четыре такта. Передним фронтом импульса "Такт 1" (формирующегося на третьем выходе регистра 13 сдвига на выходах ОЗУ 1 всех модулей устанавливают. ся значения нулевой, четвертой, вось.мой, двенадцатой (Но, Н, Н, Н ) функций Хаара в точке О. По коду адреса записи с выходов 5 блока управления (в данном случае коду 00 первого счетчика 15) открываются нулевыеячейки всех ОЗУ 2 (в исходном состоянии все ячейки ОЗУ 2 обнулены), Задним фронтом сигнала Такт 1" (инверсный выход элемента ИЛИ 14) алгебраи -ческая сумма результата измерения исодержимого нулевых ячеек ОЗУ 2 опятьзаписывается в нулевые ячейки ОЗУ 2.Во время действия сигнала "Такт 2"(формирующегося на четвертом выходерегистра 13 сдвига) на выходах ОЗУ 1всех модулей устанавливаются значения первой, пятой, девятой и тринадцатой (Н Н , Н, Н, ) функций Хаара в той же пространственной точке,и результат алгебраического суммирования измеренного значения и содержимого первых ячеек ОЗУ 2 (соответствующие адресу записи 01) записывается опять в первые ячейки ОЗУ 2.Сигналы Такт 31 (пятый выход регистра 13 сдвига) и "Такт 4" (шестой выход регистра 13 сдвига) осуществляютаналогично формирование новых частичных сумм во вторых и третьих ячейкахОЗУ 2. При этом во вторые ячейки записывается результат, соответствующийзнаениям Хаара Н Н Нз, Н 4 а втретьи ячейки записывается результатсуммирования, учитывающий значенияфункций Н, Нт, Н , Н в нулевойточке. Таким образом в ячейках ОЗУ 2записались следующие частичные суммы:х с (О) х ц (О), х с (О),х, .р, (О).Далее блок управления подключаетпервый датчик на вход аналого-цифрового преобразователя и при образовании нового результата измерения производится суммирование кодов, хранящихся в ячейках ОЗУ 2, с новым измеренным значением пространственногосигнала х, с учетом значений базисныхфункций в первой точке: х, с,(0) ++ х,Чо(1) хо М 1(0) + хЧх ц (О) + хр, (1).В итоге к концу цикла измерения вячейках ОЗУ 2 накапливаются ненормированные значения коэффициентов Хаара:Сю = х,(О)+х, ,+х цо(2)+После окончания процесса вычисления спектральных коэффициентов на вход 6 блока управления от ЭВМ поступает шестнадцать импульсов считыва - ния, изменяющих состояние счетчика 16 блока управления, четырехразрядный выходной код которого является адресом считывания вторых ОЗУ всех модулей. Старшие два разряда этого кода 10 поступают на входы дешифратора 17. Выходы дешифратора 17 образуют входы разрешения считывания блока 11 буферных элементов. При поступлении первых четырех импульсов считывания появля ется разрешение считывания на первом выходе дешифратора 17 и производится считывание первых четырех коэффициентов Хаара через блок 11 первого модуля 7. При поступлении следующих че тырех импульсов считывания имеется разрешающий потенциал на втором выходе дешифратора 17 и производится считывание следующих четырех коэффициентов (С 4 -С 7) из второго модуля и 25 т.д.В процессе считывания коды ненормированных коэффициентов Хаара последовательно поступают на первые информационные входы преобразовате ля 5. Его основной частью является схема нормирования значений С включающая шифратор 19 и мультиплексор 20. Принцип работы данной схемы заключается в следующем, Так как функции Хаара, в базисе которых осуществляется разложение, имеют различные интервалы определения в диапазоне задания измеряемой пространственной функции, то и число суммирований частичных сумм 40 для каждой группы вычисленных коэффициентов различно. Оно убывает по мере роста номера группы и зависит также от числа точек задания пространственной функции. В силу этого, различными 45 должны быть и нормирующие множители для различных групп коэффициентов.В таблице приведены значения нормирующих множителей в зависимости от номера коэффициента при числе точек 50 измерения И = 16,Теоретически самых наибольших значений может достигать ненормированный коэффициент С, в условиях, когда результаты измерения во всех 16-ти каналах имеют максимальные по модулю значения (х. кодируются десятью двоичными разрядами): Со = 2 (2" - 1) = 2 - 2Для кодирования данных значенийдостаточно 14 двоичных разрядов + знаковый, Максимальные модули всех последующих коэффициентов из групп, указанных в таблице, будут иметь уменьшающие кратно двум значения. В этомслучае нормирование коэффициентов сводится к взятию в процессе счить 1 ваниявосьми (если выходной код С восьмиразрядный) старших значащих разрядовв каждой из соответствующих групп г(для коэффициентов Со и С, берутсяразряды с 8 по 5, для С и С - с 7по 14 и т.д.). Такой переменный сдвигреализуется с помощью мультиплексора 20, который в зависимости от комбинации на адресных входах выбираеттребуемую группу разрядов. Адрес фор -мируется с помощью шифратора 19, управляемого кодом номера коэффициента,поступающим с выходов 3 блока управления, С выхода мультиплексора 20 коднормированных коэффициентов Хаара подается на первый вход компаратора 22,где он сравнивается с установкой, поступающей из ЭВМ на входы 1 . Признаком С больше установки разрешается выдача данного Ск в ЭВМ.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет совместить процессыизмерения и вычисления спектральныхкоэффициентов, т,е, расширить функциональные возможности системы, а такжеосуществить сжатие информации. Уменьшение объема выходной информации зависит от отношения количества коэффициентов, необходимых для аппроксимации пространственной функции с заданной погрешностью к числу входных величин И. Степень сжатия исходной информации зависит от вида входной функции, типа базисных функций, требуемой погрешности устройства. Отношениево многих случаях может быть значительным,При этом общее быстродействие устройства практически не снижается, поскольку вновь введенные узлы представляют собой цифровые блоки с болеевысоким быстродействием по сравнениюс АЦП и коммутатором.Узлы и блоки устройства могут быть реализованы на следующих серийно вы - пускаемых микросхемах: коммутатор 1 К 590 КН 2, АЦП 2-К 11 ЗПВ 1, блок 4 постоянной памяти (ППЗУ) - К 556 РТ 5 илиК 55 бРТИ, магистральный передатчик 21 К 559 ИП 1, узлы 8 и 10 оперативной памяти - К 155 РУ 7, сумматор 9 - К 155 ИМЗ, блок 11 буферных элементов - К 155 ЛП 8, шифратор 19 - К 155 ИВ 1, мультиплек - сор 20 - К 155 КП 7, компаратор 22К 155 ИМЗ, блок 3 управления - на микросхемах серии К 155.1 ОФормула изобретения 1, Многоканальное устройство для ввода аналоговых данных, содержащее коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и блок управления, первый выход и выходы первой группы которого соединены соответственно с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и адресными входами коммутатора, информационные входы которого являются входами аналоговых данных устройства, выход коммутатора соединен с информационным входом аналого 25 цифрового преобразователя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет организации спектрального представления аналоговых данных и уменьшения объема вводимой информации, устройство содержит блок постоянной памяти, преобразователь кодов и блок вычисления спектральных коэффициентов, содержащий сумматоры, буферные элементы и две группы узлов З 5 оперативной памяти, адресные входы первой группы блока постоянной памяти объединены с входами адреса записи узлов оперативной памяти первой группы и являются входами младших разрядов 40 кода номера базисной функции устройства, адресные входы второй группы блока постоянной памяти объединены с входами первой группы блока управления и являются входами старших разря дов кода номера базисной функции устройства, выходы блока постоянной памяти соединены с информационными входами узлов оперативной памяти первой группы, выходы которых соединены со 50 знаковыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих узлов оперативной памяти второй группы, выходы которых соединены с 55 первыми группами информационных входов соответствующих сумматоров и информационными входами соответствующих буферных элементов, выходы которых объединены и соединены с информационными входами первой группы преобразователя кодов, выходы которого являютсяинформационными выходами устройства, первый, второй, третий и четвертый входы блока управления являются соответственно входами Запись", нПуск, "Сброс" иСчитываниен устройства, входы второй группы блока управленияявляются входами номера канала устроиства, выходы второй, третьей, четвертой и пятой групп блока управления соединены соответственно с адресными входами преобразователя кодов, входами адреса считывания узлов оперативной памяти первой группы, входами адреса записи узлов оперативной памяти второй группы и входами адреса считывания узлов оперативной памяти второй группы, каждый из выходов шестой группы блока управления соединен с входомразрешения записи соответствующего узла оперативной памяти первой группы, каждый из выходов седьмой группы блока управления соединен с входом разрешения считывания соответствующего буферного элемента, второй выход блока управления соединен со стробирующими входами узлов оперативной памяти второй группы, выходы аналогоцифрового преобразователя соединены с вторыми группами информационных входов сумматоров, информационные входы второй группы преобразователя кодов являются входами кода уставки устройства, блок управления реализует временную диаграмму работы.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, преобразователь кодов содержит шифратор, мультиплексор, компаратор и магистральный передатчик, выходы которого являются выходами преобразователя, входы шифратора являются адресными входами пре образователя, выходы шифратора соединены с адресными входами мультиплексора, выходы которого соединены с информационными входами магистрального передатчика и входами первой группы компаратора, выход которого соединен со стробирующим входом магистрального передатчика, информационные входы мультиплексора и входы второй группы компаратора являются информационными входами соответственно первой и второй группы преобразователя.1335972 Номергруппыг 2 О 0;1 2; 3 2 4-7 3 8-15 2 Юмю мЯю Номер Нормирующий множителькоэффи/Ипиента.К1335972пиПус Рама айреса йотюут РоЬи юр 7 агт Тают 1 аюз Тане1335912 дО Одд 77 СЮф ВФЛА( Составитель В. ФайзрахмановЕгорова Техред В,Кадар Корректор М, Шароши едак ака шская наб.,/5 13 О венно - полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уп, Проектная,роизв ССУС д// /Ю УУ/Р 1 С СУЮ Тираж 672 НИИПИ Государственн по делам изобрете 35, Москва, Ж - 35, РПодписно омитета СССР открытий