Многофункциональный цифровой коррелометр

(22) Заявлено 30.08.79 (23 ) 2815307/18-24 с присоединением заявки лайв Ввударстввннмй кнмитет СССР(23) Приоритет Опубликовано 30.04,81, Бюллетень М 16Г ав делам иэейретеннй и нткрмтнй. (088.8) Дата опубликования описания 30.04.81. 2) Авторы изобретения О.Гр Б, С енко г3мэ раснодарский ордена Трудов завод электроизмеритель 4 мэтти,явитенабор выпол- .тся за счет. ы Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, предназначено для вычисления корреляционных функций, плотностей распределения вероятнос тей математических ожиданий, вторичных режимов обработки как автомвтичес 5 ки по командам от внешних устройств управления, так и по командам от внут- . ренних органов управления, и может быть использовано при решении задач в систетО мвх непрерывного технологического коню роля, автоматического управления дивт" ностики и. др.Известен коррелометр (анализатор) сигналов, выполняющий корреляционный анализ, амплитудный анализ, накопление (усреднение) с выводом результатов в жслений на встроенную электронно-лучевую трубку (осциллограф), ленточный перфоратор, печатающее устройство и т.а.Устройство выполняет широкий набор Функций (амплитудный анализ, корреля ционный анализ, усрецнение) с вьводом результатов вычислений на внешние регистрирующие приборы Широкийняемых функций осуществляевстраиваемых блоков.дпя реализации различных функций не- обхоцимо менять номенклатуру. встраиваемых в устройство блоков путем механической замены их. Необходимые команды,для выполнения выбранных функций и параметры Функций задаются от органов управления, находящихся на лицевой панели анализатора н лицевых панелях встрви.ввемых блоков 1.Однако, во многих зацвчвх автоматического управления, технологического контроля, диагностики в реальном масштабевремени требуется определять несколькохарактеристик сйучайного процесса и оперативно менять как выполняемую функцию,так и параметры функции, например числоточек корреляционной Функции, шаг задержки, объем выборки, степень коррелированности и т.д., и вести непосредственный(в темпе поступления) анализ потока цифровых данных.3 8263Смена выполняемой функции анализатором, путем; ручной замены функциональных блоков и ручного задания параметров выполняемой функции на органах управления и невозможность обработки сигналов в цифровом коце цля корреляционного анализа делают данный анализатор непри гоцным для решения задач автоматического управления и непрерывного технологического контроля. 1 ОНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности являетси цифровой корренометр, содержащий цва аналогоцифровых преобразователя АБП) с регист рами хранения дискретных отсчетов вход ных сигналов, блок умножения, сумматор, запоминающее устройство со схемами выбора адреса ячейки памяти, блок вывода с встроенной электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), блок управления с переключателями задания выполняемой функции и ее параметров,Этот коррелометр позволяет без заме; ны функциональных блоков опре целять оценки корреляционных функций, плотностей распрецеления, математических ожиданий,. что сокращает время задания новой функции и позволяет использовать его при решении задач автоматического управленич и технологического контроля в системах, допускаюцих ручное переключениевыполняемой функции 2.Однако. в корредометре отсутствует возможность обработки сигналов, поступающих на вход в цифровом коде, Ручное переключение выполняемой функции и задание ее параметров снижают эффектив- ность работы коррелометра и системы," в которой он используется, и не позволяют использовать данный коррелометр при 4 О решении задач в реальном масштабе времени в системах автоматического контро.ля с частым изменением выполняемых./функций и их параметров. Отсутствие воз можности обработки сигналов в темпе 4поступпения потока цифровых данных ограничивает функциональные возможностиэтого коррелометра.Цепь изобретения - повышение быстро;действия при определении множества статистических характеристик случайныхсигналов.Поставленная цель цостигается тем,что в многофункциональный цифровой коррелометр, содержащий первый и второй уаналого-цифровые преобразователи, первыевходы которых являются соответственнопервым и вторым аналоговыми входами корчрелометра, вьиоцы которыхсоответственно 61 ф через первый и второй регистры соединены с первыми входами первого и второго коммутаторов, вторые входы которых подключены к выходу блока памяти, информационный и адресный входы которого подключены соответственно к выходу первого коммутатора и к выходу сумматора, информационный вход Которого соединен с выходом блока умножения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго коммутаторов, выход блока памяти соединен со входом блока индикации, и блок управления, первые три выхода которого подключены соответственно к управляющим входам аналоге цифровых пре образ ов ат елей, первого и второго коммутаторов и к управляющему входу сумматора, введены первый и второй регистры числа, регистр команд, блок преобразования позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, третий и четвертый коммутаторы и блок приоритета, первый вход которого является третьим входом коррелометра, второй вход соединен с четвертым выходом блока управления, а первый выхоц блока приоритета пожлю чен к первому входу блока управления, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы которого соединены соответственно с первым входом блока элементов ИЛИ, со вхо дом блока преобразования позиционного кода в двоичный, с первыми входами первого и второго регистра числа, выхоц блока преобразования позиционного кода в двоичный соединен со вторым входом блока элементов ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу третьего коммутатор вход которого является четвертым входом коррелометра, выход блока элементов ИЛИ через регистр команд подключен ко второ- му входу блока управления, второй выход блока приоритета подключен ко второму входу третьего коммутатора и первому входу четвертого коммутатора, второй вход которого соединен с выходом второго регистра числа, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, второй вход первого регистра числа объединен с третьим входом блока элементов ИЛИ и поцключен к выходу сумматора, выход первого регистра числа соединен с треть ими входами первого и второго коммутаторов, выход четвертого коммутатора является выходом коррелометра.На фиг. 1 изображена функциональная схема многофункционального цифрового корренометра, на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг, 3 - структурная схема блока приоритета, на фиг. 430 структурная схема преобразователя позиционного кода в двоичный,Коррелометр содержит аналого-цифро 1вые преобразователи (АБП) 1 и 2 с регистрами 3 и 4 входных дискретных отсчетов, коммутаторы 5 и 6 выходных сигналов АБП, блок 7 умножения, сумматор 8 блок 9 (БП) с узлами выбораадреса ячейки памяти, блок 10 инцикациисо встроенной электронно-.лучевой трубкой 10(БПП) (фиг. 3) выполнен на микросхемеК. 589 ИК 14 и состоит из триггеров запроса на прерывание и шифратора 30 приоритета, регистра 31 текущего приоритета з(СРП), копирующего устройства 33 приоритета. Вход-выход БПП связан со схемой формирования команд БУ 11, котораявырабатывает строб разрешения прерывания СРП, поступающий на триггер 34прерывания БПП, и с распределителем 27импульсов, который по состоянию стробапрерывания ПР переходит на программуобработки прерывания.45Выходы регистров 3 и 4 поцключаютсяк первым входам коммутаторов 5 и 6выходных сигнллов АЦП. Разноряпностьдискретных отсчетов определяется числомуровней квантования АЦП по амплитудевходных сигналов. Выходы коммутаторов5 и 6 поцключены ко входам блока 7 умножения, а выхоп коммутатора 5 к адресному вхопу БП 9,Выход блока 7 умножения соединен 55с первым вхоцом сумматора 8, на второйвход которого поступает команда побавления единицы в сумматор от первоГовыхода БУ 11. йфровая информация с выхода БП 9 поступает на вторые входыкоммутаторов 5 и 6, третий вход сумматора, блок 10 индикации и через выходнойрегистр 16 числа и коммутатор 18 выходных данных на один из выходов 21 корреломе тра. Входная цифровая информацияпоступает через коммутатор 17 командных и числовых данных на вход БП 9, ачерез регистр 13 числа на третьи входыкоммутаторов 5 и 6. На вход БП 9 поступает также информация. о выхоца сумматора. Прасожцение информации через регистры 13 и 16 осуществляется по командам с. седьмого и восьмого выходаБУ 11 соответственно.Командные данные поступают как отвнешних устройств через коммутатор 17,блок 15 элементов ИЛИ, регистр 12 навход БУ 11, так и от переключателейзадания выполняемой функции и заданияее параметров через шестой выход БУ 11блока 15 элементов ИЛИ. Управляющийвход блока 15 элементов ИЛИ соединен,с пятым выходом БУ 11. Блок 14 преобразования позиционного кода в цвоичныйпреобразует позиционные коцы, идущиеот переключателей, в управляющее слово.Вход и выход блока 19 приоритетасВязан с Одним иэ ВхОЦОВ и ВыходОВ БУ11, а первый и второй выход БУ 11 подключается к управляющим входам АБП1 и 2 и коммутаторов 5 и 6 соответствени о.Для обеспечения автоматической работы коррелометра сигналы команц блока29 идут не на внутренние узлы БУ 11,а являются его шестым выходом и поцключены к блоку 14 преобразования коцовпля уплотнения командных данных черезсхему 2 И-ИЛИ и регистр 12 командныхданных поступают на узлы БУ 11,Второй, третий и четвертый выходыблока упрачления являются выходами схе.,мы формирования команг. и управляютпоступлением информации через регистр13 входных цанных, выдачей информацичерез регистр 16 выходных данных и схмой 2 И-ИЛИ.1Выходы кодирующего устройства 33приоритета КП-КП 2 используются цля выбора направления связи с внешним устройСтВОМ И ПОСтуца 1 от На КОММутатОрЫ ВХОДных и выходных данных подключая цифро-.вой вход 21 и выход 20 к внешнему устройству, пославшему запрос на прерывание.Уплотненные команпные данные легкосогласуются с данными от цифрового вхоца и пля их передачи внутри коррелометра)фа)3(ьЧ 7требуется меньше связей и меньший регистр 12 командных данных.Блок 14 преобразования кодов служит для уплотнения командной информации сигналов панели управления в форматы, ссь 5 гласованные с форматами командных данных, поступающих с цифрового входа 20 при работе в автоматическом режиме.Блок 14 преобразования коаов (фиг.4) состоит из преобразователей позицион ного кода в двоичный и двоичнодесятичный или других известных преобразователей в зависимости от того, каким способом задаются аанные на панели управле-.ния. 5Позиционный код (фиг. 4) выходов три, ггеров 35 поступает на элементы И 36, на выходах которых имеет место двоичный коп.ЪКоррелометр работает следующим образом.По командам от внешних устройств, наодну иэ входных шин 22 блока 19 приоритета поступает сигнал. Порядковый номер выбранной шины опредедяет приоритет 25в работе. От соответствующего внешнего устройства блок 19 приоритета вырабатывает сигналы (коды), которые разрешаютпрохождение команпной и числовой информации через коммутаторы 17 и 18входных и выходных данных, одновременнопосылается сигнал в БУ 11, который вырабатывает командный сигнал, поступающий на управляющий вход блока 15 элементов ИЛИ, и командные данные записы- З 5ваются на входной регистр 12 командныхданных, а с выхопа регистра на вход БУ11. В командных панных содержатся све.дения о выполняемой функции. Напримераля вычисления корреляционной функции(Кф) поступают данные о шаге задержкиьТ , числе ординат Кф и, степени коррелированности, объеме выборки Й, оработе с аналоговыми сигналами Х (1 )-,У (т, ) или сигналами от цифрового входа45,анализатора, о выдаче результатов работы на внешние устройства и т.п. БУ 11 по поступившим командным дан 50 ным вырабатывает после аовательность внутренних управляющих сигналов. Для определения Кф в АЦП 1 и 2 проиэводиз- ся квантование входных сигналов ,во времени и по амплитупе, Дискретные отсчеты55 входных сигналов Х Ц л Т ), У ( а Г ) запоминаются на регистрах и с выходов регистров через коммутаторы 5 и 6 поступают на блок 7 умножения. С выхода поступает сумматор 8, в который предварительно из БП 9 заносится частичная сумма произведений пуепыпущих циклов накопления (4 -Ц,БХ(ЬС)М(Ь)Пр:де суммирования йолучаем значение Й Х (ьТ ) У ( Ь ), которое записываетя в БП 9,1: ИЗ БП 9 информация Ф:4 выдается на блок 10 вывода с ЭЛТ и выходной регистр 16 числовых данных. Если есть указания в командных данных о выдаче текущих результатов или конечных результатов измерения на внешниеф устройства, то БУ 11 вырабатывает разрешающий потенциал на выдачу числовой информации с регистра 16. на выходе коммутатора 18.При указании в командных данных работе с цифровыми сигналами БУ 11 вь- рабатывает команпу на прохожпение числовых панных от коммутатора 17 входных данных через входной регистр 13 числовых данных на вторые входы коммутаторов 5 и 6 и производится вычисление Кф. Алгоритм вычисления Кф аналогичен описанному. В командных данных могут быть указания о записи цифровой информации в БП 9 с сохранением ее или пос-. ле записи в БП 9 произвести вычисление Кф,. плотности распределения вероятностей,математического ожипания. В этом случае числовая информация через коммутатор 17 входных данных записывается в БП 9и сохраняется в нем или выводится натретьи входы коммутаторов 5 и 6аля последующей обработки. При вычислении плотности распределения вероятностей входной аналоговый сиг нал Х ( Ф ) преобразуется в дискретный ,отсчет, который через коммутатор 5 пэ. ступает на адресный вход выбора ячейки памяти БП 9. В этом случае дискретный отсчет является кодом адреса ячейки па - мяти БП. По установленному коду адреса из ячейки памяти считывается накоплен- ная ранее сумма событий, которая записывается в сумматор. По второму входу сумматора из БУ 11 добавляется единица, что соответствует свершению события. Новая сумма событий записывается в БП по тому же адресу. Плотность распре- деление вероятностей вычисляется при поступлении на вход анализатора информации в цифровом виде826361 10выходом блока умножения, входы которого од подключены соответственно к выходамт первого и второго коммута;оров, выходблока памяти соединен со входом блокаиндикации, и блок управления, первые тривыхода которого подключены соответственго. но к управляющим входам аналого-цифровых преобразователей, первого и второгокоммутаторов и управляющему входу сум 10 матора, о т л и ч а ю ш и й с я тем,что с целью повышения быстродействияпри определении множествастатистическиЪхарактеристик случайных сигналов, в кор релометр введены первый и второй ре 15 гистры числа, регистр команд, блок преобразования позиционного кода в двоичный,блок элементов ИЛИ, третий и четвертыйкоммутаторы и блок приоритета, первыйвход которого является третьим входом20 коррелометра, второй вход соединен с четвертым выходом блока управления, апервый выход блока приоритета подключенк первому входу блока управления, пятый,шестой, седьмой и восьмой выходы котс 25 рого соединены соответственно с первымвходом блока элементов ИЛИ, со входомблока преобразования позиционного кодав двоичный, с первыми входами первогои второго регистра числа, выход блока30 преобразования позиционного кода в двоичный соединен со вторым входом блокаэлементов ИЛИ, третий вход которогоподключен к выходу третьего коммутатора,вход которого является четвертым входом35 коррелометрв, выход блока элементовИЛИ через регистр команд подключен ко и второму входу блока управления, второйвыход блока приоритета подключен ковторому входу третьего коммутатора и40 первому входу четвертогс коммутатора,второй вход которого соединен с выходомвторого регистра числа, второй вход коФторого пошслючен к выходу блока памяти,второй вход первого регистра числа объг. 45 динен с третьим входом блка элементМЛИ и подключен к вьмопу . сумматор .выход первого регистра числа соединентретьими входами первого н второго коммутаторов, выход четвертого коммутатора50 является выходом коррелометр в. Вычисление математического ожидания (МО) свопится к преобразованию вхного сигнала в дискретный отсчет.Дискреный отсчет входного сигнала через одиниэ коммутаторов 5 или 6 поступает наодин иэ входов блока 7 умножения, надругой подается код равный единице. Алритм вычисления МО аналогичен вычислению Кф,При установлении нулевого приоритетиз БУ 11 коррелометр переходит в режзадания командных данных от внутреннихорганов управленйя, находящихся в БУна лицевых панелях управления. Сигналыс командных переключателей БУ 11 поступают на блок 14 преобразования кодои с выхода блока в виде командныхданных через вторые входы блока 15элементов ИЛИ поступают на регистр 1командных данных. Далее работа коррелометра аналогична описанной.Наличие в многофункциональном коррелометре дополнительных блоков, позволяющих автоматически вычислять функции,изменять вид вычисляемых функций и задавать их параметры по командам от. внешних устройств позволит испольэоватьмногофункциональный коррелометр в системах автоматического управления, непрерывного технологического контроля идругих системах, а также в качествеавтономного прибора для определения статистических характеристик случайныхпроцессов.Наличие в коррелометре цифровоговхода для подключения различного родаустройств первичной обработки информаципо алгоритмам коррелометра, поэволяюшивести непосредственный (в темпе поступления) анализ потока цифровых данных,расширяет функциональные в соможностикоррелометра и информативность системьтехнологического к онтр оля.фор мула из обре тенияМногофункциональный цифровой коррелметр, содержащий первый и второй,аналого-цифровые преобразователи, первыевходы которых являются соответственнопервым и вторым аналоговыми входамикоррелометра, выходы которых соответственно через первый и второй регистрысоединены с первыми входами первого ивторого коммутаторов, вторые входы которых подключены к выход блока памяти,55информационный и адресный входы которогоподключены соответственно к выхопу первого коммутатора и к выходу сумматора,информационный вход которого соединен с Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Курочкин С. С, Многоканальныесчетные системы и коррелометры, М.,. Шевченк орректсрС. щомак Ре Тираж 745осударственного коМитета СССР о делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д,. 74/8 ИИПИ Заказ одпис