Устройство для ввода аналоговой информации

А СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 3/ в 4 С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС пО делАм изОБРетений и ОтнРы ЗОБРЕТЕНИЯ О ЛЬСТ АВТОРСКО 46 литехнически етельство СССРР 3(05, 1977.ВВОДА АНАЛОГОВОЙ облас носитсики и на(57) Изобретение овычислительной тех 8012770 чено для ввода аналоговых величинв ЭВМ. Целью изобретения является повышение быстродействия и точностиамплитудно-фазовой обработки аналоговой информации, Устройство для вводааналоговой информации дополняетсяблоком выделения одноименных отсчетов квадратурных составляющих, точ"ность выделения которых при соответ"ствующей разрядности АЦП достигает0,13 в относительной полосе частог177 и 1 Х в относительной полосе частот +307. 1 з.п. ф-лы, 2 ил,5 1 О 15 20 30 40 45 50 55 1 12Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах управления и технологическими процессами и измерения для ввоца информации о параметрах объектов, поедставленных в виде аналоговых величин, в электронную вычислительную машину.Целью изобретения является повыше" ние быстродействия и точности амплитудно-фазовой обработки аналоговой информации,На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 - блок-схема блока выделения одновременных отсче" ,яв квадратурных составляющих Устройство содержит коммутатор 1каналов, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3 выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих, регистр 4, блок 5 управления, блок 6 сравнения, блок 7 сопряжения, таймер 8, блок 9 памяти, коммутатор 10, вход 11 сигнала внешней синхронизации, информационные входы 12 и 13 блока выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих, первый управляющий выход 14 таймера, первый управляющий вход 15 таймера, информационные входы 16 и 7 таймера, второй управляющий выход 18 таймера, второй управляющий вход 19 таймера, третий управляющий вход 20 таймера, третий управляющий выход 21 таймера, четвертый управляющий вход 22 таймера, пятый управляющий вход 23 таймера, информационные выходы 24 и 25 коммутатора, инФормационные входы 26 и 27 первой группы коммутатора, информационные входы 28 и 29 второй группы коммутатора, информационные входы 30 и 31 первого регистра, первый регистр 32, оперативная память 33, арифметикологический блок 34, мультиплексор 35, второй регистр 36, информационные входы 37 и 38 второй группы устройства, информационные входы 39 и 40 второй группы арифметико-логического блока, информационные входы 41 и 42 первой группы арифметикологического блока информационные выходы 43 и 44 арифметико-логического блока, информационные входы 45 и 46 первой группы и 47 и 48 второй группы мультиплексора 35, информационные входы 49 и 50 второго ре 77083 а гистра, управляющие выходы 51-67группы таймера,Устройство работает в Двух основ.ных режимах: с внутренней синхронизацией и с внешней,Каждый основной режим содержиттри подрежима; ввод по запросу отЭВМ, ввод групп параметров с последовательными адресами и ввод отдельных параметров,При работе в первом подрежимепервого основного режима в устройство поступает от ЭВМ сигнал "Готовность ЭВМ" на вход блока 7 сопряжения, который по этому сигналу формирует сигнал "Готовность устройства"и "Синхронизация вывода", В ответ наукаэанные сигналы на вход блока 9памяти поступает код режима. По сигналу "Запись", поступающему с блока 7 сопряжения, осуществляется запись информации, После снятия сигнала "Готовность ЭВМ" блок 7 сопряжения вырабатывает сигнал "Измерение", поступающий на вход блока 5 управления, По этому сигналу блок управления 5 вырабатывает сигнал"Перезапись памяти". Последний поступает на вход блока 9 памяти,после чего осуществляется перезаписьинформации с блоке 9 памяти в блок 5 управления, Затем блок 5 управления вырабатывает сигнал "Подключениеканала", по которому коммутатор 1подключает к входу аналого-цифрового преобразователя 2 соответствующийканал, таймер 8 вырабатывает сигнал"Тип датчика" (67). Сигналом "Тип датчика" осуществляется коммутация входов и выходов блока выделения отсчетов квадратурных составляющих таким образом, что в случае видео- сигнального датчика восстанавливается структура, эквивалентная про" тотипу 4Измерение производится по сигналу "Запуск", поступающему с выхода блока 5 управления на вход 19 таймера 8.В случае видеосигнального датчика сигнала "Запуск" проходит таймер 8 и через выход 14 поступает на вход аналого-цифрового преобразовать теля 2, который формирует сигнал Конец оцифровки, поступающий на вход 15 таймера, Проходя таймер 8, сигнал "Конец оцифровки" через выход 18 воздействует на блок 5 управления, 1 "77 ОВПо этому сина:ту блок 5 упранттеи:.я вырабатывает сигцап "Ввод данных", который поступает через таймер 8 (вход 20, выход 21) на вход блока 7 сопряжения и преобразуется н сигнал "Запись зацнъгл который управляет записью информации в буф рцый регистр 4, После этого блок 7 сопряжения Формирует сигчал тГотовность устройства", Таким образом, ицформа- О ция готова для ввода н ЭВМ и ннодится по соответствующему сигналу.В случае рапиометрического даттика по сигналуЗапуск , поступающему с выхода блока 5 управления на вход 5 19 таймера 8, аналого-цифровой преобразователь 2 запускается восемь раз. Сигцаль запуска аналого -цис.рового преобразонатегьг г"церируются ца выходе 14 тамера, Отс-таты входного 20 сигнала записываются Б Операттгнцую память (фиг, 2, блок г 3) блока ныделения Отсчетов 1;эадратурных сос:танляющих и использт:ются и дгггьче 1111 ет ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СтттУСЦОЙ И КОСИЦУСЦОЙ .". квадратурцых со ст анляющихПО сле ц а- хождения и записи сицусцой квадратурной составляюп й н выходной регистр (Фиг, 2, блок 36) блока выделения отсчетов кнадратурных составляюк 30 на выходе 21 таймера генерируется сигнал "Ввод данных", на который блок 7 сопряжения реагирует аналогично, как и н случае нидеосигнального датчика, По окончании первого сигнала Готовность устройства, ст 1 ор.ятрусмого блоком 7 сопряжения и поступающего на вход 22 таймера и вычисления косинусной кнадратурной составляющей, последняя записывается в выходной регистр 36, и генерируется повторный сигнал Ввод даццьпОкончание второго сигнала ГотовНОСТЬ УСтРОйСтна ЯВЛЯЕТСЯ гтРИЗЦаКОМ начала формирования сигнала ".Когтеп оцифровки , который поступает через выход 18 на блок 5 управления и осуществляет переход на следующий канал,Ввод информации из других каца.товосуществляется аналогично,Второй подре;1 яттм первого ОстОнцогорежима отличается тем, что н блок 9памяти записываются коды псрногГи последнего адресон группы парамет ровОдновременно н блоке 6 сравнения ведется сраннецие кода 1.оследнего адреса групты гтарамг-.тгрон, поступающего ца входы блока 6 срасцеция,блока 9 памяти с текущим адресомизмеряемого параметра, поступающегоиз блока 5 управления, В случае равенства с блока 6 сравнения в блокуправления поступает сигнал. Сравнение", Устройство ожидает поступления сигнала запроса из ЭВМ.Третий подрежим первого основногорежима отличается от второго подрежима тем, что в блок 9 памяти записываются адреса отдельных параметров,Второй основной режим отличаетсяот первого основного режима тем,что блок 5 управления, вырабатываясигнал "Запуск", обеспечивает поступление импульса синхронизации повходу 11 ца выход 14 таймера (в случае радиометрического датчика) и да:ее ца вход аналого-цифрового преобразователя, т,е, временные моментывзятия отсчетов определяются теперьси:-тхроимпульсами,Все цодрежтгмы второго основногорежтгма н остальном реализуются аналогично первому основному режиму,Прежде чем рассмотреть отдельноработу блока выделения одновременных отсчетов кнадратурных составляющих, блок-схема которого приведенана Фцг. 2, остановимся коротко наособенностях выходного сигчала радиометрического датчика,Б общем случае выходной сигналрадцометрического датчика может бытьпредставлен н следующем виде:х(г.)=А(г.) соз 1 т С-Ч(е)1=(см, Вакмац т 1, Е, О наилучшем реализуе. ом приблттсеции к преобразователюГцльберта, - Радиотехника и электроника, 1976 1 Г 7, с. 1417-1426,рис, 2), 127705Цифровые алгоритмы вычисленияквадратурных составляющих изложеныв статье Арро И. О, Дискретизацияполосового сигнала труды Таллинского политехнического института, 1982,Р 540, с. 3-9,Исходя из указанной литературыможно утвержДать, что если взять отсчеты х(1) через временный интервал1 Т 1 Одс = в ви обозначить их как х(п)=2 М,=х(й), где С=пай, п=1, 2, топо семи отсчетам можно определитьА э (п=4) и А (п=4) по следующим формулам: 15 83 Ьго-цифровой преобразователь 2 генерирует сигнал 1 Конец оцифровки АЦП",В таймере 8 на основе этого сигнала вырабатываются сигналы управления записи и хранения входных данных регистра 32 (сигналы 51 и 52),а также перезаписи в оперативнуюпамять 33 (сигнати 53 - 57),Принятием восьмого сигнала "Конецоцифровки АЦП" прекращается дальнейший запуск аналого-цифрового преобразователя, и таймер 8 переводитблоки 33 - 35 в режим вычисленияквадратурных составляющих, А (п=4)= -2 х(4), (2) А, (п=4) 1,125 х(5)-х(ЗЯ++0,125 Сх(7)-х(1)3 (3)Именно формулы 2 и 3 положены в 20основу вычисления одновременных от"счетов квадратурных составляющих всоответствующем блоке,Отметим, что конкретные соотношения для вычисления квадратурных составляющих зависят от свойств сигнала х(с) и требуемой точности преобразования, Приведенные соотношенияобеспечивают точность 011% в относительной полосе частот +17% и % в 30относительной полосе частот30%.При этом ошибка преобразования имеет монотонную зависимость от расстройки,Блок выделения отсчетов квадратур.ных составляющих функционирует следующим образом,После включения питания таймер 8принимает исходное состояние. По сигналу "Измерение" начинается отсчет 40времени в виде инвариантных временных интервалов. Сигнал "Подключение канала , по 11 ступающий на входы 16 и 17 таймера, 45 устанавливает на его выходе 67 высо-,ий уровень в случае радиометрического, а нулевой в случае видеосигиального датчика. В случае высоког уровня коммутатор 10 коммутирует 50 на свои выходы 24 и 25 входы 28 и 29.По сигналу "Запуск" (вход 19) заработает система выработки запускающих импульсов аналого-цифрового 55 преобразователя, которые поступают на выход 14. На каждый запускающий импульс после снятия отсчета аналоПосле вычисления синусной квадратурной составляющей А она эаписыва 5ется в выходной регистр 36, а на выходе 21 генерируется сигнал "Ввод данных", который принимается блоком 7 сопряжения. Блок 7 сопряжения обеспечивает передачу Аточно также, как в случае видеосигнального датчика, т,е. передача данных сопровождается сигналом "Готовность устройства, который поступает на вход 22 таймера 8,Одновременно с процессом передачи А блок вычисления отсчетов квад 5ратурных составляющих продолжает вычисление, После окончания вычисления косинусной квадратурной составляющей А и сигнала "Готовность устройства",А переводится в выходной регистр 36, а на выходе 21 гене 11 11 рируется второй сигнал Ввод данныхОкончанием второго сигнала Готовность устройства" заканчивается выработка одновременных отсчетов квадратурных составляющих сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя, о чем извещается блоку 5 управления сигналом "Конец оцифровки", поступающим на выход 1 8. Теперь блок выделения отсчетов квадратурных составляющих может быть использован для повторной оцифровки11 того же канала (новый сигнал Запуск), или для следующего новый сигнал "Подключение канала и "За. пуск ).С момента поступления сигнала "Измерение" (высокого уровня) на вход 23 начинается отсчет времени в виде инвариантных временных интервалов.Сигналом "Подключение канала" 16 и 17 формируется сигнал "Тип7 1датчика 67, конкретно определяемогономером каналаВ случае видеосигнального датчика на выходе 67 возникает высокийуровень, под воздействием котороготаймер 8 коммутирует выходы 21, 14и 8, вход 19, а коммутатор 10 устанавливает связь между входами28 и 29 и выходами 24 и 25, Входы16 и 17 коммутируются. Теперь сигнал"Запуск" (вход 19) обеспечивает выработку импульсов инвариантного временного сдвига.Первый импульс, содержащий инвариантный момент времени, формируетимпульс запуска аналого-цифровогопреобразователя в момент инвариантности временного отсчета и поступает на выход 14.В ответ на запускающий импульсаналого-цифровой преобразователь генерирует сигнал "Конец оцифровкиАЦП в виде импульса высокого уровня, который поступает на вход 15и формирует сигнал 52, который откры.вает входные ключи (схемы И) входного регистра 32, Запись данных свхода 30 и 31 во входной регистрпроисходит в момент окончания импульса "Конец оцифровки АЦП", который передается на блок 32 по выходу51,Для перезаписи информации с входного регистра 32 в оперативную память 33 по сигналу "Конец оцифровки АЦП" таймером 8 устанавливаетсяадрес данных на выходах 53 - 55.Перезапись происходит под воздействием низкого уровня на выходах 56 и57, Низкий уровень на выходах 56и 57 образуется с момента приходасигнала Запуск до прихода первогосигнала "Конец оцифровки АЦП" (адрес - все нули). Адрес в данном случае определяется количеством принятых сигналов "Конец оцифровки АЦП",которое фиксируется таймером,Процесс запуска аналого-цифрового преобразователя, прием сигнала "Конец оцифровки АЦП", запись данных с входа 30 и 31 в регистр 32 и перезапись в оперативную память 33 повторяется восемь раз,Восьмой сигнал "Конец оцифровки АЦП" устанавливает на выходах 51 и 57 высокий уровень, т,е, записи в регистр 32 и перезаписи в оперативную 277083память восьмого отсчета не происходит.На выходах 53 - 55 формируетсяадрес для записи данных в оператив 5 ную память 33.Таким образом, запускается микропрограмма вычисления квадратурныхсоставляющих А и А (формулы 2 и 3).Таймер 8 устанавливает адрес сло 1 О ва оперативной памяти 33 (выходы53 - 55), код операции арифметикологического блока 34 (выходы 58 -61), значение переноса младшего разряда арифметика-логического блока5 (выход 62).Конкретные значения слова тайме. ра 8 на выходах 53 - 55 и 58 - 62приведены в таблице,Первая половина тактового периода20идет на установление адреса оперативной памяти 33 и кода операцииарифметико-логического блока, Данные на выходе оперативной памяти 33и соответственно на входе 41 и 42арифметико-логического блока 34 имеются в течение второй половины эасчет низкого уровня на выходе 56.Результат операции арифметико-логического блока фиксируется в мультиплексоре 35 в момент перехода от высокого на низкий уровень сигнала,который возникает на выходе 64,Для объяснения вычисления вводятся следующие обозначения: А - вхо 35 ды 39 и 40, В - выходы 41 и 42,Р - выходы 43 и 44,Во время первого такта на выходеР образуется значение ф, котороезаписывается в мультиплексор 35, Во40 время второго такта А =4,. В = х(4)и Р = А - В = -х(4), Третий такт:А = - х(4), В = ф Р = А + А= -2 х(4) = АЭтот результат необходимо пере 45 вести в регистр 36. Для этого в момент прихода четвертого тактовогоимпульса на выходе 66 возникает вы сокий уровень и отпирает входы 49 и50 регистра 36, Запись А в выходной50 регистр 36 происходит в момент окончания импульса, поступающего черезвыход 65 на вход регистра 36, Длительность импульса должна быть неболее половины тактового периода.55 Приход пятого тактового импульсаозначает переход выхода 65 обратнона низкий уровень и тем самым входы49 и 50 выходного регистра 36 бло 9 12кируются сигналом бб, и он переводится в режим хранения и передачиинформации, т.е. записанная квадратурная составляющая А имеется навыходах 24 и 25,Генерируется сигнал "Ввод данных", который поступает на выход21, Блок 7 сопряжения реагирует наэтот сигнал также, как в случае видеосигнального датчика, т,е, обеспечивает перевод данных в регистр4, что сопровождается генерированием сигнала Готовность устройства", который через вход 22 поступает в таймер 8,Рассмотрим, как вычисляется косинусная квадратурная составляющая,Четвертый такт Р = ф, Пятыйтакт: А = ф, В = х(5), Р -.= А + В == х(5). Шестой такт: А = х(5),В = х(7), Р = А + В = х(5) + х(7), Седьмой такт: А = х(5) + х(7), В = х(1), Р = А - В = х(5) + х(7) х(1). Восьмой такт А = х(5) + х(7)- х(1), В = х(3), Р = А - В = х(5) + + х(7) - х(1) - х(3).Начало восьмого такта означаети начало возникновения высокогоуровня на выходе 63, который охраняется до прихода девятого тактовогоимпульса. Этот импульс поступаетчерез выход 63 на вход мультиплексора 35 и осуществляет коммутацию входов 47 и 48 на выход 49 и 50 со сдвигом направо на три разряда т,е,таким образом осуществляется делениена восемь в момент записи данных врегистр Зб блока, когда сигнал 64переходит от высокого на низкий уровень,= Е + х(5) - х(3) = А, Одиннадца-.тый такт: А = А, Г = А, что блокирует Формирование тактовых импульсовтаймером 8. Высокий уровень появляется на выходе 56, Затем Формируются выходные сигналы бб и 65, которые обеспечивают перезапись косинусной квадратурной составляющей А измультиплексора 35 в выходной регистрЗб, Отметим, что А фиксируется вблоке 36 еще до прихода одиннадца"того тактового импульса, при этомформируется импульс, который на выходе 21 дает сигнал "Ввод данных", 77083 1 О Теперь сигнал "Готовность устройства" с входа 22 проходит через таймер. Сформированный выходной импульс поступает на выход 18, Таким образом на выходе 18 сформирован сигнал "Конец оцифровки". Тем самым таймер 8, а также весь блок выделения отсчетов квадратурных составляющих приведен в исходное состояние, При повторном запуске по входу 19 весь цикл повторяется.Предлагаемое устройство открыва" ет принципиально новые возможности обработки мгновенных значений комплексной огибающей сигнала, включая высокочастотную фазовую обр аботку, Устройство мажет найти применение в измерительных и радиотехнических системах, в которых требуется высокая скорость и точность амплитудно-Фазовой обработки входного аналогового сигнала,5О520 Формула изобретения 1, Устройство для ввода аналоговой информации, содержащее мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, регистр, блок управления, блок сравнения, блок сопряжения, блок памяти, первый и второй управляющие входы блока сопряжения, инФормационные входы блока памяти, информационные входы мультиплексора являются первым и вторым управляющими входами, информационными входами первой и второй групп устройства соответственно, первый и второй управляющие выходы блока сопряжения, информационные выходы регистра являются первым и вторым управляющими и информационными выходами устройства соответственно, третий и четвертый управляющие выходы блока сопряжения подключены к первому и второму управляющим входам регистра, пятый и шестой управляющие выходы блока сопряжения поцключены к первым управляющим входам блока управления и блока памяти соо гветственно, информационные выходы блока памяти подключены к информационным входам блока памяти и к информационным входам первой группы блока сравнения, информационные входы второй группы которого подключены к информационным выходам первой группы блока управления, выход блока сравнения подключен к второму управляющему входу блока управления, пер083 2тий и второй управляющие выходы блока управления, второй и пятый управляющие выходы блока сопряжения соединены соответственно с первого попятый управляющими входами таймера,шестой управляющий вход таймера является тактовым входом внешней синхронизации устройства, четвертый управляющий выход таймера подключен куправляющему входу коммутатора,2, Устройство по и, 1 о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок выделения одновременных отсчетов квадратурных. составляющих содержит дварегистра, оперативную память, арифметико-логический блок, мультиплексор, управляющие входы первого ивторого регистров, оперативюой памяти, арифметико-логического блока имультиплексора являются управляющими входами блока, информационныевходы первого регистра являются информационными входами блока, информационные выходы первого регистраподключены к информационным входамоперативной памяти, информационныевыходы которой подключены к информационным входам первой группы арифметико-логического блока, информационные выходы которого подключены кинформационным входам первой и второй групп мультиплексора, информационные выходы которого подключены кинформационным входам второго регистра и информационным входам второй группы арифметико-логическогоблока, информационные выходы второгорегистра являются информационнымивыходами блока,Такт,УАдрес Примечание Выходное слово 53 54 55 58 59 60 61 62 1з5 б 7 а 0 О 0 0 0 0 0 0 1 О 0 0 0 0 0 0 0О 0 0 0 1 0 1 1 0 0 10 0 0 0 01 О 0 1 О 0 1 0 О 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 11 1277 вый управляющий выход которого подключен к второму управляющему входу блока памяти, информационные выходы второй группы блока управления подключены к адресным входам мультиплексора выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия и точности 10 амплитудно-фазовой обработки аналоговой информации, в него введены блок выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих, коммутатор, таймер, информационные вы ходы аналого-цифрового преобразователя подключены к информационным входам блока выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих и информационным входам первой 20 группы коммутатора, информационные выходы блока выделения одновременных отсчетов квадратурных составляющих подключены к информационным входам второй группы коммутатора, информа ционные выходы которого подключены к информационным входам регистра, управляющие выходы группы таймера подключены к управляющим входам блока выделения одновременных отсчетов ЗО квадратурных составляющих, первый, второй и третий управляющие выходы таймера подключены соответственно к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, к третьему управ- З 5 ляющему входу блока управления и к третьему управляющему входу блока сопряжения, управляющий выход аналого-цифрового преобразователя, тре 0 1 1 0 Исходноесостояние 0 1О.Кадар Корректор остав ехред едактор Э. Слиган ик аказ 666 41 Тираж 671 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 ственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектн