Многоканальное устройство для ввода аналоговых данных

 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при построении высокопроизводительных систем сбора и обработки аналоговых данных, а также для сжатия информации при измерении и обработке совокупности входных величин, являющихся функцией пространственной координаты. Цель изобретения - расширение области примене- .. ния устройства за счет организации спектрального представления аналоговых данных и уменьшения объема вводимой информации. Устройство содержит коммутатор, цифроаналоговый преобразователь , блок управления, блок постоянной памяти, блок вычисления спектральных коэффициентов, преобразователь кодов. На информационные входы коммутатора в аналоговой форме поступают значения измеряемой функции пространственной координаты. Принцип работы устройства основан на спектральном разложении измеряемой функции по базисной системе ор тогональных функций , т.е. на основе данных измерения вычисляются спектральные коэффициенты разложения, которые затем вводятся в ЭВМ. Информация о значениях базисных функций в точках измерения хранится в блоке постоянной памяти. В качестве базисных используются функции Хаара и Уолша, принимающие значения . Это позволяет упростить вычисление спектральных коэффициентов. Процессы измерения и определения спектральных коэффициентов совмещены по времени, 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл. С/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ()9) S ц)) (5и 4 G 06 F 3 05

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4001196/24-24 (22) 02.01.86 (46) 07.09.87. Бюл. М - 33 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) А.В. Апыхтин, Н,В. Третьякова и Е.И. Филатов (53) 681.327.2(088.8) (56) Носков Ю.В. Аппроксимирующее измерительное устройство с использованием генератора дискретных значений функций Чебышева. — В сб. "Контрольно.измерительные системы" ° Вып. 1, НЭТИ, отв. ред. M.Ï. Цапенко, Новосибирск, 1976, с. 32-48.

Авторское свидетельство СССР

У 526882, кл. G 06 F 3/05, 1975. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ВВОДА АНАЛОГОВЫХ ДАННЫХ (57) Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при построе— нии высокопроизводительных систем сбора и обработки аналоговых данных, а также для сжатия информации при измерении и обработке совокупности входных величин, являющихся функцией пространственной координаты. Цель изобретения — расширение области примене-, ния устройства за счет организации спектрального представления аналоговых данных и уменьшения объема вводимой информации. Устройство содержит коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, блок управления, блок постоянной памяти, блок вычисления спектральных коэффициентов, преобразователь кодов. На информационные входы коммутатора в аналоговой форме поступают значения измеряемой функции пространственной координаты. Принцип работы устройства основан на спектральном разложении измеряемой функции по базисной системе ортогональных функций, т.е. на основе данных измерения вычисляются спектральные коэффициенты разложения, которые затем вводятся в

ЭВМ. Информация о значениях базисных функций в точках измерения хранится в блоке постоянной памяти. В качестве базисных используются функции Хаара и Уолша, принимающие значения О+1.

Это позволяет упростить вычисление спектральных коэффициентов. Процессы измерения и определения спектральных коэффициентов совмещены по времени.

1 з.п. ф — лы, 5 ил., 1 табл.

1335972

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при построении высокопроизводительных систем сбора .) и обработки аналоговых даHHblx, a TBK" же для сжатия информации при измерении и обработке совокупности входных величин, являющихся функцией пространственной координаты.

Целью изобретения является расширение области применения устройства за счет организации спектрального представления аналоговых данных и уменьшения объема вводимой информации.

На фиг ° 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 — пример реализации блока управления; на фиг.3— структурная схема преобразователя ко- 2р дов; на фиг. 4 — временные диаграммы работы устройства; на фиг. 5 — пример информации, записанной в блоке постоянной памяти.

Устройство содержит коммутатор 1, 26 аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, блок 3 управления, блок 4 попостоянной памяти (ППЗУ), преобразователь 5 кодов, блок 6 вычисления спектральных коэффициентов, состоящий из Вд однотипных модулей 7, каждый из которых содержит узел 8 оперативной памяти первой группы (ОЗУ 1), сумматор 9, узел 10 оперативной памяти второй группы (ОЗУ 2), блок 1! буферных элеЗВ ментов, тактовый генератор 12, регистр 13 сдвига, элемент ИЛИ 14, два счетчика 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", Сброс, "Запись", лСчитывание, "Но- 45 мер канала", "Номер базисной функции, "Kop уставки, поступающие на входы блока 3 управления, входы младших и старших разрядов адреса блока 4 постоянной памяти и информационные входы второй группы преобразователя 5 кодов. В исходном состоянии при включении питания или в начале работы счетчики 15 и 16 и регистр 13 сдвига блока 3 управления установлены в нулевое состояние.

Основным блоком системы является блок 6 вычисления спектральных коэффициентов. Блок 6 содержит 1 модулей 7, при этом каждый модуль позволяет вычислять любые выбранные m спектральных коэффициентов за один цикл измерения. Для запоминания значений m 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 4 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 N ненормированных базисных функций в N 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 N датчиков) в узлах 10 оперативной памяти (ОЗУ 2) всех модулей накапливаются значения ненормированных коэффициентов, определяемых соотношением

С = х; q„(i), 1 где С вЂ” К-й ненормированный спектральный коэффициент; х — ординаты измеряемой прост1 ранственной функции; значение К-й базисной функции в i-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 (N = 16), блок 6 вычисления спектральных коэффициентов разбит на четыре модуля 7 (1 = 4), каждый предназначен для вычисления четырех спектральных коэффициентов (m = 4). Для определения спектрального состава входного сигнала по орто— гональной 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 (фйг. 5), который включает в себя код номера базисной функции К (К = 0,15 четыре двоичных разряда) и код номера

1335972 дискретной точки i (i = 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- 1О 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 15 дешифратора !8 блока 3 управления).

Затем появляются импульсы записи на втором выходе дешифратора 18 и следу— ющие 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 — 25 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 относительно 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- 40 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 им— пульса на третьем выходе регистра 13 сдвига. Вычисление частичных сумм (x; q (i)) в модулях производится за 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 устанавливаются значения нулевой, четвертой, восьмой, двенадцатой (Н, 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 нулевые ячейки всех ОЗУ 2 (в исходном состоянии все ячейки ОЗУ 2 обнулены). Зад— ним фронтом сигнала |Такт 1" (инверсный выход элемента ИЛИ 14) алгебраи— ческая сумма результата измерения и содержимого нулевых ячеек ОЗУ 2 опять записывается в нулевые ячейки ОЗУ 2.

Во время действия сигнала "Такт 2" (формирующегося на четвертом выходе регистра 13 сдвига) на выходах ОЗУ 1 всех модулей устанавливаются значения первой, пятой, девятой и тринадцатой (Н,, Н, Н„, Н, ) функций Хаара в той же пространственной точке, и результат алгебраического суммиро— вания 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) осуществляют аналогично формирование новых частичных сумм во вторых и третьих ячейках

ОЗУ 2. При этом во вторые ячейки записывается результат, соответствующий значениям Хаара Н, Н, Н, Н,, а в третьи ячейки записывается результат суммирования, учитывающий значения функций Н., Нт, Н «, Н„ в нулевой точке. Таким образом в ячейках ОЗУ 2 записались следующие частичные суммы: х, q,(G), х, ц,(G), х, cp (G),..., .-. „(G).

Далее блок управления подключает первый датчик на вход аналого-цифрового преобразователя и при образовании нового результата измерения производится суммирование кодов, хранящихся в ячейках ОЗУ 2, с новым измеренным значением пространственного сигнала х, с учетом значений базисных функций в первой точке: х, q,(0) +

+ х, ц,(1), х -q>,(G) + х, ° ср,(l),..., х Ч (0) + х„су (1).

В итоге к концу цикла измерения в ячейках ОЗУ 2 накапливаются ненормированные значения коэффициентов Хаара:

С, = х, <,(0)+х, q. (1)+х . ц,(2)+

+ ... + х„ср, (15)

С, = х, q),(G) + х, у, (1) + хр,(2) +

+ ... + х, q,(15) С„= х,q, (G) + х,q, (1) +

+ х, p, (2) + ... + х„g (15).

1335972

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- 15 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- 20 тырех импульсов считывания имеется разрешающий потенциал на втором выходе дешифратора 17 и производится считывание следующих четырех коэффициентов (С4 -С,) из второго модуля и т.д.

В процессе считывания коды ненормированных коэффициентов Хаара после— довательно поступают на первые информационные входы преобразовате- 30 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 4Ь должны быть и нормирующие множители для различных групп коэффициентов.

B таблице приведены значения нормирующих множителей в зависимости от номера коэффициента при числе точек 60 измерения N = 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):

1СI = 2 (? — 1) = 2 — 2

Для кодирования данных значений достаточно 14 двоичных разрядов + знаковый. Максимальные модули всех последующих коэффициентов из групп, указанных в таблице, будут иметь уменьшающие кратно двум значения. В этом случае нормирование коэффициентов сводится к взятию в процессе считывания восьми (если выходной код С восьмиразрядный) старших значащих разрядов в каждой из соответствующих групп г (для коэффициентов Со и С, берутся разряды с 8 по 15, для С и С вЂ” с 7 по 14 и т.д.). .Такой переменный сдвиг реализуется с помощью мультиплексора 20, который в зависимости от комбинации на адресных входах выбирает требуемую группу разрядов. Адрес фор— мируется с помощью шифратора 19, управляемого кодом номера коэффициента, поступающим с выходов 3 блока управления. С выхода мультиплексора 20 код нормированных коэффициентов Хаара подается на первый вход компаратора 22, где он сравнивается с установкой, поступающей из ЭВМ на входы 0 . Признаком С больше установки разрешается выдача данного Ск в ЭВМ.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет совместить процессы измерения и вычисления спектральных коэффициентов, т.е. расширить функциональные возможности системы, а также осуществить сжатие информации. Уменьшение объема выходной информации зависит от отношения количества коэффициентов, необходимых для аппроксимации пространственной функции с заданной погрешностью к числу входных величин N. Степень сжатия исходной информации зависит от вида входной функции, типа базисных функций, требуемой погрешности устройства. Отношение во многих случаях может быть значительным.

При этом общее быстродействие устройства практически не снижается, поскольку вновь введенные узлы представляют собой цифровые блоки с более высоким быстродействием по сравнению с АЦП и коммутатором.

Узлы и блоки устройства могут быть реализованы на следующих серийно вы— пускаемых микросхемах: коммутатор 1

К590КН2 АЦП2-K111ЗПВ1, блок 4 постоянной памяти (ППЗУ) — K556PT5 или

1335972

К55бРТИ, магистральный передатчик 21

К559ИПI, узлы 8 и 10 оперативной памяти — К155РУ7, сумматор 9 — К155ИМЗ, блок ll буферных элементов — К155ЛП8, шифратор 19 — К155ИВ1, мультиплек— сор 20 — К155КП7, компаратор 22

К155ИМЗ, блок 3 управления — на микросхемах серии К155.

Формула 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 преобра— зователя и адресными входами коммутатора, информационные входы которого являются входами аналоговых данных устройства, выход коммутатора соеди— нен с информационным входом аналого25 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 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 управле— ния и являются входами старших разря- 45 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 информацион—

HblMH входами первой группы преобразователя кодов, выходы которого являются информационными выходами устройства, первый, второй, третий и четвертый входы блока управления являются соответственно входами Запись", Пуск", "Сброс" и "Считывание" устройства, входы второй группы блока управления являются входами номера канала устроиства, выходы второй, третьей, четвертой и пятой групп блока управления соединены соответственно с адресными входами преобразователя кодов, входами адреса считывания узлов оператив— ной 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 входом разрешения 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 шиф— ратора 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

Номер группы

2

W (M,J

Номер коэффициента.

K о о; г; 3

2 4-7

3 8-! 5

Нормирующий множитель

2 /N

1335972

dpoc

Запись

Пусн

/74/

Рама айреса йоинут.

ФЬи л п.

7ал т 1

Tawn 2

Раап 3

Tarrm Ф

1335972 э э > 4Ь с

Редактор Н. Егорова

Заказ 4047/42 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †полиграфическ предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

ill l ос /

l0/У

Юд4/

l! О/

l0 ä 4 пап > сс j0

0 /Su

/О lб дд 40

1 С 00 д 4ЮО

l 000

0080 иП/7 ИНЫ иОНЗПтр абамаН РЩ

Составитель В. Файзрахманов

Техред В. Кадар Корректор М. Шароши