Цифровой указатель экстремумов

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности устройства. Устройство содержит пороговые элементы 1 и 2, реверсивные счетчики 3 и 4, формирователи 6 и 7 уравновешивающего напряжения, сумматор 9, триггер 10. Введение генератора 18 импульсов, счетчика 17 крутизны, регистра 15, дешифратора 19, блока 12 коммутации, блоков 13 и 14 коррекции, реверсивного счетчика 5, формирователя 8 уравновешивающего напряжения, элемента 16 задержки и элемента ИЛИ 11 обеспечивает уменьшение динамической погрешности за счет адаптации процесса уравновешивания к крутизне входного сигнала. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1539672 A 1 (51)5 G О) R 19 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21). 4433108/24-2) (22) 30.05.88 (46) 30.0).90. Бюл. ¹ 4 (72) В.А. Денисов . (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 622496, кл. С 0) R 19104, -1975 °

Авторское свидетельство СССР № 1173333, кл. G 0) R 19/04, 1 982. (54) ЦИФРОВОЙ УКАЗАТГЛЬ ЭКСТРЕМУМОВ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности устройства. Устройство содержит пороговые элементы 1 и 2, реверсивные счетчики

3 и 4, формирователи 6 и 7 уравновешивающего напряжения, сумматор 9, триг" гер 10. Введение генератора 18 им. пульсов, счетчика 17 крутизны, ре- гистра 15, дешифратора 19, блока 12 коммутации, блоков 13 и 14 коррекции, реверсивного счетчика 5, формирователя 8 уравновешивающего напряжения, элементы 16 задержки и элемента ИЛИ 13 обеспечивает уменьшение динамической погрешности за счет адаптации процесса уравновешивания к крутизне входного сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для ввода в ЦВМ экстремальных значений аналоговых сигналов.

Цель изобретения — повышение точностии.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 — блок коммутации; на фиг. 3 — блок коррекции.

Устройство содержит пороговый элемент 1, срабатывающий при превйшении входным сигналом порога, начальное значение которого U выбрано вблизи нуля, пороговый элемент 2, срабатывающий при превышении порогом входно.

ro сигнала, начальное значение порога U выбрано вблизи нуля и соответствует минимально возможному уровню сигнала U = Ц, „„, причем

Устройство содержит реверсивные счетчики 3-5 одинакового объема з )1 макс

N = — = n где U — максиА0

МакС мальное значение входных сигналов формирователи 6-8 уравновешивающего напряжения, представляющие собой и-объемные цифроаналоговые преобразователи, сумматор 9, коэффициенты передачи которого выбраны таким образом, чтобы приращения напряжения на его выходе, соответствукщие из:менению на один дискрет напряжений с выходов формирователей 6-8, были

)1 манс ) макс соответственно и и = 4U, триггер 10, представляющий, собой RS-триггер с цепью установки нуля на выходе, элемент ИЛИ )1, блок 12 коммутации, два одинаковых блока 13, 14 коррекции, параллельный регистр

)5 . объема N. ýëåìåíò 16 задержки, счетчик 17 крутизны, генератор 18 имОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

153967 пульсов, частота следования импулсов которого зависит от логического уровня напряжения на управляющих входах. При появлении логической единицы 5 на первом, третьем входах генератор

18 генерирует частоты импульсов

F Fe

Г соответственно, дешифп n ратор 19, вырабатывающий на одном из,10 своих трех выходов сигнал логической единицы, если N — — Se - на перS, вом выходе, если N „

So

15 на втором выходе, если N>i Ng - на

° третьем выходе, где S„, S < S — пороговые . значения крутизны.

Первые входы элементов 1, 2 сое динены с входом устройства, выход эле?0 мента 1 соединен с первым входом блока 12, одним из входов элемента ИЛИ

11 и S-входом триггера 10, выход элемента 2 соединен с вторым входом блока 12, дРугим входом элемента ИЛИ 11

R-входом триггера 10, выход которого соединен с выходом устройства и входами управления блоков 13, 14. Первая пара выходов блока 12 соединена с входами блока 13, вторая пара - с входами блока 14, третья пара — с входами счетчика 5. Два выхода блока 13 соединены с входами счетчика 3, два выхода блока 14 соединены с входами счетчика 4, выходы счетчиков 3 — 5 соединены с входами формирователей

6-8 соответственно, выход переноса счетчика 4 соединен с входом коррекции блока 13, выход переноса счетчика 5 соединен с входом коррекции блока 14. Выходы формирователей 6-8 соединеня с соответствующими входами сумматора 9, выход которого соединен с вторыми входами элементов 1,2. Выход элемента ИЛИ 11 соединен с входом разрешения записи регистра 15 и через элемент 16 с обнуляющим входом счетчика.37, счетный вход которого соединен с выходом генератора 18.

Выходы счетчика 57 соединены с входами регистра 15, выходы которого через дешифратор 1 9 соединены с соответствующими управляющими входами блока 1 2 и генератора 18.

Блок 1 2 (фиг.2) содержит элемент;

И 20, причем первый вход блока 12 соединен с втоРыми входами элементов И 20-22, выходы которых образуют первые выходы пар выходов бло2 4 ка 12 соответственно. Второй вход блока l 2 соединен с вторыми входами элементов И 23-25> выкоды KQTopblK образуют вторые выходы пар выходов блока 12 соответственно. Каждый из трех управляющих входов блока 1 2 соединен с первыми входами элементов

И 20, 23, 21, 24 и 22, 25 соответственно.

Блок 13 (14) коррекции (фиг.3) содержит элементы И 26, 27, инвертор 28, элементы ИЛИ 29, 30, причем первый вход блока 13 (14), соединен с одним из входов элемента ИЛИ 29, выход которого соединен с первым выходом блока 13 (14), второй вход бло» ка 13 (14) соединен с одним из входов элемента ИЛИ 30, выход которого соединен с вторым выходом блока 13 (14), вход коррекции блока 13 (14) соединен с первыми входами элементов

И 26, 27, выходы которых соединены с вторыми входами элементов ИЛИ 29, 30 соответственно, управляющий вход бло- . ка 13 (14) соединен с вторыми входом элемерта И 26 непосредственно и с вторым входом элемента И 27 через ин- вертор 28.

Устройство работает следующим образом.

Импульс с входа обнуления (на фиг.1 не показан) устанавливает счетчик 3,4,5,17, регистр 15 и триггер 10 в состояние 0, при этом напряжения на выходах формирователей 6-8 равны нулю, на первом выходе дешифратора

19 — сигнал "1 .

Ь

При поступлении "1" на первый управляющий вход блока 1 2 коммутации сигнала 1 с его входов поступают и и на один из входов элементов И 20-22 и 23-25 соответственно и благодаря разрешающему сигналу "1" на другом входе проходят на первую пару выходов блока 12, Поэтому блок 1 2 коммутирует выходы пороговых элементов 1 и 2 к входам блока 13 коррекции. Генератор 18 генерирует импульсы, поступающие на счетный вход счетчика

17 с частотой — °

П1.

При появлении сигнала на входе уст-. ройства, уровень которого больше минимально возможного на величину аП, срабатывает пороговый элемент 1 и !! I I сигнал 1 с его выхода устанавливает в "1" триггер.1 О, подготавливая

39672 6 . 6-8 подается дискрет уравновешиваю- .. щего напряжения на сумматор 9 с соответствующим весовым коэффициентом, 5

Величина дискрета соответствует од2 ной из величин: п . 4П, и 40, dU. Дискрет уравновешивающего напряжения подается на первые входы пороговых элементов 1,2 и возвращает элемент 1

Ið в исходное состояние.

Одновременно с этим "1" появляется на одном из управляющих входов генератора 18, и он генерирует имFo пульсы одной из частот

15 n n

F . Через малую временную задержку, вносимую элементом 16, происходит обнуление счетчика 17, подготавливая его к следующему циклу счета.

Количество импульсов, накопленных счетчиком 17 во втором цикле

Fo Sа,2 Fо °

° — = —,hU =п 4U Е п2 $ п2

N=4t f

DU

"f

1 $

F4 So Ео ° о °

S n S п — Fo = Ж=Ж, Ж So

Как видно из этого выражения, вследствие согласованности дискрета напряжения 4 U и частоты f N зависит только от крутизны S поэтому

35 величина следующего шага уравновешивающего напряжения будет зависеть только из отношений крутизны S к попороговым значением S,è $ . Если

S ) S 1q Т ° e° . N (,Ь То следующий Шаг 4р

2 по напряжению будет наибольшим n -LIU, если S;) S) $, т.е. N1 (N CNI, то следующий шаг будет средний — n LIU если S($2, шаг будет наименьший, равный д U.

Таким образом, повышение уровня сигнала на входе приводит к очередным срабатываниям порогового элемента 1, накоплению импульсов счетчиками 3-5., при этом формирователи 6-8 следят за возрастающим на входе напряжением, а триггер 1 О, который сработал от первого импульса, не меняет состояния "1 на выходе.

Вблизи максимума крутизна напряже55 .ния падает, поэтому при подходе к максимуму шаг будет минимальным, равным(Д0. Если сигнал на входе станет уменьшаться, то как только он станет мень5 15 фиксацию максимума, а также, поступая через элемент ИЛИ 11 на вход разрешения записи регистра 15, разрешает запись в него выходного кода счетчика

17. В зависимости от величины накопленного счетчиком 17 кода:

Fo Fo dU $о — "4t = — у где 4tâ

n n S n2 S интервал времени, прошедший с момента первого обнуления счетчика 17 до следующего обнуления дешифратор 19 вырабатывает на одном из выходов сигнал "1" при этом блок 12 пропускает "1" с выхода порогового элемента 1 на первый выход одной из трех пар выходов . Импульс, проходя к одному из суммирующих входов счетчиков

3-5, фиксируется на выходе в виде единицы младшего разряда, при этом с выхода одного из формирователей! ше на один дискрет dU установлен ного уравновешивающего напряжения на выходе сумматора 9, сработает порого-i вый элемент 2 и импульс "1 " с его выхода перебросит триггер 1 О в состояние "О", зафиксировав максимум и подготавливая фиксацию минимума, а также уменьшит на единицу количество накопленных в счетчике 5 импульсов, тем самым уменьшая уравеновешивающее напряжение на выходе сумматора 9 на один дискрет d U. При этом пороговый элемент 2 возвращается в исходное состояние с уровнем 0" на выходе. Импульс с выхода порогового элемента 2, проходя через элемент ИЛИ 11 на вход разрешения записи регистра 15, разрешает запись в него выходного кода счетчика 1 7. В зависимости от величины накопленного счетчиком 17 кода .

N = †", дешифратор 19 вырабатывает сигнал "1" на одном из выходов, при этом генератор 18 генерирует импульсы соответствующей частоты, а счетчик 17, обнуленный задержанным импульсом с выхода порогового элемента 2, начинает их счет. е

1539672

Таким образом, уменьшение уровня сигнала на входе устройства приводит к очередным срабатываниям порогового элемента 2, уменьшению накопленного в счетчиках 3-5 кода, при этом формирователи 6-8 следят за уменьшающимся на входе напряжением, а триг гер 10, который сработал, зафиксировав максимум, остается в состоянии "0"10

Аналогично устройство фиксирует минимум напряжения.

Рассмотрим работу устройства, когда скорость изменения сигнала вблизи экстремумов мала. 15

Предположим, что устройство отслеживает приближающийся максимум и очередной импульс с выхода порогового элемента 1, скоммутированного блоком 12 к суммирующему входу реверсив- щ ного счетчика 5, привел к переполнению счетчика 5. Счетчик 5 обнуляется, а импульс переполнения с выхода переноса счетчика 5 поступает на вход коррекции блока 14 и суммируется счетчи- 25 ком 4,.поскольку на выходе устройства находится потенциал 1, который подается на управляющий вход блока 14.

При поступлении 1 управляющий вход блока !4 этот сигнал проходит на один 30 из входов элемента И 26, а через элемент HJIN 29 — на первый выход блока

14 и на суммирующий вход счетчика 4.

Напряжение на выходе сумматора 9 увеличивается на величину 4 U. т.к. одна ступень формирова теля 7 эквив алентна и ступеням формирователя 8.

При дальнейшем увеличении сигнала вблизи ма сиг уъ а обнуленный счетчик 5 вновь начинает накапливать импульсы, подготавливая фикса цию максимума.

Аналогично устройство работает, когда оно отслеживает приближайющийся минимум, и очередной импульс с 45 выхода порогового элемента 2, скоммутированного блоком 12 к вычитающему входу обнуленного счетчика 5, приводит к установлению на его выходе двоичного числа, соответствующего величине п-1, а импульс с выхода переноса счетчика 5, проходя на вход коррекции блока 14, при нулевом управляющем напряжении на его управляющем входе коммутируется на вычитающий вход счетчика 4, поскольку с выхода инвертора 28, поступая на один из входов элемента И 27, подготавливает прохождение корректирующего импульса через элементы И 27 и ИЛИ 30 на второй выход блока 14.

Напряжение на выходе сумматора 9 уменьшается на величину ЛУ вследствие равенства dU = n 40, При дальнейшем уменьшении сигнала вблизи минимума счетчик 5 продолжает уменьшать число накопленных импульсов, подготавливая фиксацию минимума.

Аналогично устройство работает, если обнуляется или переполняется счетчик 4, при этом импульс с его выхода переноса поступает на корректирующий вход блока 13 и считается счетчиком 3. Переполнение счетчика 3 не происходит, так как величина ступени формирователя 6 и количество ступеней выбраны с учетом максимально возможной величины входного сигнала.

Таким образом, устройство обладает свойством адаптации к изменяющейся крутизне входного сигнала, заклю— чающимся в том, что при уменьшении крутизны устройство уменьшает шаг слежения, тем самым увеличивая точность определения экстремумов. !

Для цифрового представления величины входного сигнала можно использовать информацию с выходов реверсивных счетчиков 3-5, .где текущий уровень входного сигнала записан в двоичном коде, при этом U 6 N п 4U+

+ МФп- 4U + N>dU где Уз. И4 N+ показания счетчиков .

Формула изобретения

ЦиФровой указатель экстремумов, содержащий первый и второй реверсивные . счетчики, выходы которых соединены с входами первого и второго формироv вателей уравновешивающего напряжения соответственно, два пороговых элемента, первые входы которых объединены, а вторые входы подключены к выходу сумматора, и триггер, выход которого соединен с выходом устройства, входы обнуления реверсивных счетчиков и триггера подключены к входу обнуления устройства, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор импульсов, счетчик крутизны, регистр, дешифратор, блок коммутации-, два блока коррекции, дополнительный реверсивный счетчик, допол15396

10 нительный формирователь уравновешивающего напряжения, элемент задержки и элемент ИЛИ, первые входы пороговых элементов подключены к входу

5 устроиства, выход первого порогового элемента соединен с первым входом элеента ИЛИ, первым входом блока коммуации и S-входом триггера, выход второго порогового элемента соединен с вторым входом элемента ИЛИ, вторым входом блока коммутации и R-входом триггера, первая пара выходов блока коммутации соединена с первым и вторым входами первого блока коррекции, первый и второй выходы которого со единены с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика, вторая пара выходов блока коммутации соединена с первым и вторым 20 входами второго блока коррекции, первый и второй выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, третья пара выходов блока коммутации 25 соединена с суммирующим и вычитающим входами дополнительного реверсивного счетчика, выходы которого подключены

72 о к входам дополнительного формирователя уравновешивающего напрял ения, выхЬды формирователей уравновешивающего напряжения соединены с входами сумматора, выход элемента ИЛИ соединен с входом разрешения записи регистра и через элемент задержки с обнуляющим входом счетчика крутизны, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выходы через по-.. следовательно соединенные регистр и дешифратор соединены с управляющими входами блока коммутации и генератоРа импульсов, выход переноса второго реверсивного счетчика соединен с входом коррекции первого блока коррекции, выход переноса дополнительного реверсивного счетчика соединен с вХодрм коррекции второго блока коррекции, выход триггера соединен с входами управления первого и второго блока коррекции, входь обнуления. дополнительного реверсивного счетчика, счетчика крутизны и регистра подключен к входу обнуления устройства.

1539672 редактор М. Циткина

Составитель С. Рыбин

Техред М.Ходанич

Корректор М.Кучерявая Заказ 215 Тираж 542 Подписное

SHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101