Устройство для контроля и оценки среднего значения аналогового сигнала

 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для вычисления среднего значения аналогового сигнала, представляющего реакцию объекта контроля. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Устройство содержит схему сравнения 1, генератор импульсов 2, четыре реверсивных счетчика 3 и 19, два дешифратора нуля 6 и 7, цифроаналоговый преобразователь 8, элементы И 11 - 16, элементы НЕ 17, 18 и два делителя частоты 9 и 10. Отличительной особенностью устройства являются усовершенствования, позволяющие на простейших узлах цифровой техники аппаратным способом в реальном масштабе времени реализовать процедуру вычисления среднего между текущим максимальным и текущим минимальным значениями обрабатываемого сигнала. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4611125/24 (22) 24.10.88 (46) 30.08.91. Бюл. ¹ 32 (71) Институт кибернетики им. В.М. Глушкова (72) Л.С. Файнзильберг (53) 681.325(088.8) (56) Патент США ¹ 4246470, кл. 235/92, опублик. 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1566370, кл. G 06 F 15/46, G 05 В 23/02,.1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И

ОЦЕНКИ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть испольс

„„Я2„„1674159 А1 (я)5 G 06 F 15/46, G 06 G 7/52 зовано для вычисления среднего значения аналогового сигнала, представляющего реакцию объекта контроля. Цель изобретения — расширение области применения устройства. Устройство содержит схему сравнения

1, генератор импульсов 2, четыре реверсивных счетчика 3 — 5 и 19, два дешифратора нуля 6 и 7, цифроаналоговый преобразователь 8, элементы И 11-i á, элементы НЕ 17, 18 и два делителя частоты 9 и 10. Отличительной особенностью устройства являются усовершенствования, позволяющие на простейших узлах цифровой техники аппаратным способом в реальном масштабе времени реализовать . процедуру вычисления среднего между текущим максималь- . З ным и текущим минимальным значениями обрабатываемого сигнала. 2 ил.

1674159

Изобретение Отчосиеся к вычислитель" ной технике и можег быпгь использовано для автоматического определения в цифровой форме вариации среднего между максимальным и минимальным значениями обрабатываемого аналогового сигнала, поступающего от различного рода источников, например, датчиков технологических процессов.

Цель изобретения — расширение области применения устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 — временная диаграмма, иллюстрирующая принцип действия устройства, Устройство содержит схему 1 сравнения, генератор 2 импульсов, первый, второй и третий реверсивные счетчики 3, 4, 5, первый и второй дешифраторы 6, 7 нуля, цифроаналоговый преобразователь 8, первый и второй делители 9., 10 частоты на два, с первого по шестой элементы И 11 — 16, первый и второй элементы НЕ 17, 18, четвертый реверсивный счетчик 19, аналоговый 20 и установочный 21 входы и ичформационный

22 выход устройства, Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый аналоговый сигнал

x(t) поступает на первый вход схемы 1 сравнения. На второй вход этого же элемента поступает компенсирующий аналоговый сигнал хк() обратной связи с выхода цифроаналогового преобразователя 8. Если сигнал x(t) больше сигнала xK(t) (режим "Недокомпенсация"), то на первом выходе схемы 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который откры вает элемент И 11. Импульсы от генератора 2 через элемент И 11 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 3, Содержймое этого счетчика увеличивается, что, в свок> очередь, вызывает увеличение компенсирующего аналогового сии-:ала хк(т) на выходе цифроаналогового преобразователя 8, Как только сигнал x<(t) становится равным сигналу x(t) с точностьк> до порога нечувствительности до, схема сравнения 1 закрывает элемент И 1 1.

Если же обрабатываемый сигнал x(t) меньше компенсирующего сигнала x (t) (режим "Перекомпечсация"), то на втором выходе схемы 1 сравнения образуется сигнал логической единицы, который открывает элемент И 12, и импульсы от генератора 2 поступают уже на вход вычитания реверсивного счетчика 5. Содержимое это о счетчика уменьшается, что вызывает уменьшение компенсирующего си чала xy(t). Кэк только сигнал x<(t) становится равным сигналу x(t) с точностью до ro. сх:,:ма сравнения

1 закрывает элемент И 12, I ..;;м самым осу5 ществляется следящее преобразование обрабатываемого сигнала х(т) в цифровую форму, в процессе которого на выходах разрядов реверсивного счетчика 5 образуется параллельный код, пропорциональный те10 кущему значению сигнала x(t), а на выходах элементов И 11 и 12 образуется реверсивный числоимпульсный код, представляющий собой последовательность

+ кодовых импульсов К и К, образуемых со15 ответственно при каждом элементарном положительном и отрицательном приращениях сигнала x(t).

Перед началом цикла обработки аналогового сигнала х(1) в момент времени t<>

20 (фиг, 2) на вход 21 устройства (установочные входы счетчиков 3 и 4 и управляющий вход счетчика 19) с помощью кнопки начальной установки (не показана) либо от какого-либо другого внешнего устройства

25 поступает управляющий сигнал, посредством которого счетчики 3 и 4 обнуляются, а в счетчик 19 по шине параллельной передачи данных из счетчика 5 заносится код величины хо, соответствующий значению аналого30 вого сигнала в этот момент времени, В процессе следящего преобразования аналогового сигнала x(t) в цифровую форму кодовые импульсы К, образуемые на выходе элемента И 11, поступают на вход сло35 жения реверсивного счетчика 3 и через элемент И 13 на вход вычитания реверсивного счетчика 4. Кодовые импульсы К, образуемые на выходе элемента И 12, поступают на вход сложения реверсивного счетчика 4

40 и через элемент И 15 на вход вычитания реверсивного счетчика 3, С помощью дешифраторов 6 и 7 осуществляется блокировка счета на вычитание в счетчиках 3 и 4, как только в соответствующем счетчика образу45 ется число нуль. Блокировка достигается тем, что при появлении в счетчике 3 числа нуль на выходе дешифратора 6, подключенного к нулевым выходам разрядов счетчика

3, образуется потенциал логической еди50 ницы, который через элемент НЕ 17 блокирует элемент И 15. Аналогичным образом с помощью дешифратора 7 и элементов 18 и

13 осуществляется блокировка входа вычитания счетчика 4, 55 Поскольку в начале цикла обработки сигнала в момент времени т, (фиг. 2), как уже отмечалось выше, счетчики 3 и 4 обнуляются, то в результате на выходах дешифраторов 6 и 7 образуются потенциалы

1674159

10

20

30

45

50 логической единицы, которые открывают элементы И 16 и 14 и с псмощью элементов

НЕ 17, 18 блокируют входы вычитания соответственно счетчиков 3 и 4.

В интервале времени между моментами to и t1 (фиг. 2) сигнал x(t) возрастает, а значит образуются кодовые импульсы К на выходе элемента И 11 (фиг. 1). Эти импульсы поступают на вход сложения реверсивного счетчика 3 и вход элемента И 13, который в данной ситуации заблокирован сигналом от дешифратора 7 нуля. В результате в указанный промежуток времени счетчик 4 будет продолжать оставаться в нулевом состоянии, а счетчик 3 будет считать на сложение, причем содержимое этого счетчика будет пропорционально текущему положительному приращению сигнала x(t) относительно его значения Хо в момент времени to, а значит к моменту времени tl содержимое счетчика 3 станет равным величине

Л Х1 = Х1 — Хо (фиг. 2), Кроме того, в указанный промежуток времени кодовые импульсы К проходят че+ рез открытый элемент И 14 и делитель 10 частоты на два на вход сложения реверсив. ного счетчика 19. Отсюда следует, что к моменту времени t1(фиг. 2) содержимое реверсивного счетчика 19 (фиг. 1) изменится на величину 0,5 Л Х1, т.е. станет равным

Хо+0,5A Х1.

В момент времени 11(фиг. 2) происходит изменение знака приращения сигнала, а значит на выходе элемента И 12 (фиг. 1} начинают образовываться кодовые импульсы К. Эти импульсы поступают нэ вход сложения реверсивного счетчика 4 (фиг. 1) и на вход элемента И 15. Поскольку в реверсивном счетчике 3 в данной ситуации содержится число Л х1, отличное от нуля, то на выходе дешифратора 6 образуется сигнал логического нуля, который блокирует элемент И 16 и через элемент НЕ 17 открывает элемент И 15. Поэтому в интервале между t1 и 12 (фиг, 2) кодовые импульсы К будут свободно проходить на вход вычитания счетчика 3 (фиг. 1), уменьшая содержимое последнего. Однако к моменту времени tz содержимое этого счетчика еще не достигнет нуля, поскольку значение сигнала Х2 в момент времени и2 больше значения сигнала Х1 в момент времени t1. Содержимое же реверсивного счетчика 4 будет увеличивать- ся и к моменту времени t2 окажется пропорциональным отрицательному приращению сигнала x(t) относительно значения Х1 — наибольшего локального значения обрабатываемого сигнала от момента to начала цикла его обработки.

Поскольку в интервале между моментами l1 и t2 элемент И 16 заблокирован, то к моменту времени t2 содержимое счетчика останетсЯ Равным величине Хо+ 0,5 Л Х1.

В момент времени t (фиг. 2) происходит очередное изменение знака приращения сигнала x(t) и снова образуются уже кодовые импульсы К . Эти импульсы поступают на вход сложения реверсивного счетчика 3 и открытый дешифратором 7 вход вычитания реверсивного счетчика 4. Содержимое счетчика 3 постоянно увеличивается,- а счетчика

4 — уменьшается до тех пор, пока в момент времени з(фиг, 2) не будет выполнено условие Хз = X1 и содержимое счетчика 4 не окажется равным нулю. В этот момент времени тз дешифратор 7 блокирует элемент И

13, предотвращая дальнейший счет на вычитание счетчиком 4, и открывает элемент И

14. Поэтому, начиная с момента времени и з, кодовые импульсы К будут снова проходить через открытый элемент И 14 и делитель 10 на вход сложения реверсивного счетчика 19, в результате чего к моменту времени t4 содержимое этого счетчика изменится на величину 0,5 Л х2, т.е. станет равным величине X2+ 0,5 h, Х1+ Л Xz), Начиная с момента времени .4 (фиг. 4), сигнал x(t) уменьшается, а значит образуются кодовые импульсы К; которые поступают на вход сложения счетчика 4 и вход вычитания счетчика 3. При этом содержимое счетчика 4 в каждый момент времени пропорционально текущему отрицательному приращению сигнала x(t) относительно наибольшего локального значения Х4 в течение цикла обработки сигнала, а содержимое счетчика 3 пропорционально текущему положительному приращению сигнала x(t) относительно наименьшего локального значения Хо в течение цикла обработки сигнала.

В моменты времени ts u ta (фиг. 2) происходят очередные изменения знака приращения сигнала x(t), что вызывает изменения направления счета в счетчиках 3 и 4. Однако, поскольку экстремальные значения сигнала Xg u Xs не являются ни наибольшим, ни наименьшим значениями сигнала, то ни в счетчике 3, ни в счетчике 4 числа нуль не образуется, а значит не происходит "срабатывания" дешифраторов 6 и 7, В момент времени ту, когда значение сигнала Ху становится равным наименьшему значению Хо, принятому в момент времени tp, содержимое счетчика 3 становится равным нулю. При этом "срабатывает" дешифратор 6 и закрывается элемент И 13. В результате, начиная с момента времени t7, счет на вычитание счетчика 3 прекращается и в нем сохраняется число нуль. Одновременно дешифратор 6 открывает элемент И

16 и кодовые импульсы К, начиная с этого момента времени, будут поступать через 5 делитель 9 частоты на два на вход вычитания реверсивного счетчика 19. Следовательно, к моменту времени t8 (фиг. 2 содержимое в счетчике 19 изменится на величину 0,5 Л Хз и станет равным i(p + 10

0,5 (Л Х1+ Л Х2 — Л Хз).

В интервале между моментами времени

te u tg (фиг. 2) счетчик 3 (фиг. 1) работает на сложение, а счетчик 4 — на вычитание, причем содержимое счегчика 3 пропор- 15 ционально локальному положительному приращению сигнала x(t) относи ельно наименьшего значения Хв от момента tp 1 ачала обработки, а содержимое счетчлка 4 пропорционально отрицательному локальному 20 приращению сигнала x(t) относительно наибольшего значения Х..i о момента начала обработки. Ввиду того, что указанные нриращения отличны от нуля, то в течение рассматриваемого интервала времени де- 25 шифраторы 6 и 7 не срабатывают.

В момент времени tg (фиг. 2) происходит очередное изменение знака приращения сигнала и счетчик 3 начинает работать íà 30 вычитание, а счетчик 4 -- на сложение, В момент времени tto, когда значение сигнала

Х10 становится равным наименьшему значению сигнала Хв, в счетчике 3 образуется число нуль, При этом лешлфратор 6 (фи»-. 1) 35 с помощью элемента НЕ 17 и элемента И 15 блокирует вход вычитания этого счетчика и одновременно открывает элемент И 16.

Поэтому при дальнейшем отрицательном изменении сигнала x(t) в счетчике 3 сохра- 40 няется число нуль, а счетчик 19 работает на вычитание, причем к моменту t i его содержимое изменится на величлну 0,5 Л Х4.

Таким образом, при работе предлагаемого устройства в каждый момент времени 45 в счетчике 19 будет содержаться код, представляющий собой среднее между максимальным и минимальным значениями обрабатываемого сигнала x(t) от момента

tp начала цикла его обработки, Напри- 50 мер, в момент времени ц2 (фиг. 12) содержимое этого счетчика равно величине

Хср = Хо + Л Х, где Л Х = 0,5 (ЛХ1 + Л Х2 — Л Хз -Л Х4), которая как раз и представляет собой среднее между максимальным 55 значением Х1 и минимальным значением

Х11, наблюдаемым от момента tp начала цикла обработки сигнала до момента времени цг, Формула изобретения

Устройство для контроля и оценки среднего значения аналогового сигнала, содержащее схему сравнения, первый вход которой является аналоговым входом устройства, с первого по шестой элементы И, первый и второй элементы НЕ, генератор импульсов, с первого по третий реверсивные счетчики, первый и второй дешифраторы нуля, входы которых подключены к выходам разрядов первого и второго ревесивного счетчиков соответственно цифроаналоговый преобразователь, информационный вход которого подключен к выходам разрядов третьего реверсивного счетчика, а выход — к второму входу элемента сравнения, выходы "Больше" и "Меньше" которого соответственно подключены к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора импульсов, выход первого элемента И подключен к входам сложения первого и третьего реверсивных счетчиков и к первым входам третьего и четвертого элнементов И, выход второго элемента И подключен к входу сложения второго реверсивного счетчика, входу вычитания третьего реверсивного счетчика и к первым входам пятого и шестого элементов И, выход пятого элемента И подключен к входу вычитания первого реверсивного счетчика, выход третьего элемента И подключен к входу вычитания второго реверсивного счетчика, выход первого дешифратора нуля подключен к второму входу шестого элемента И. и через первый элемент НЕ к второму входу пятого элемента И, выход второго дешифратора нуля подключен к второму входу четвертого элемента И и через второй элемент НЕ к второму входу третьего элемента И, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены первый и второй делители частоты на два и четвертый реверсивный счетчик, управляющий установкой вход которого и установочные входы первого и второго реверсивных счетчиков являются установочным входом устройства, первый делитель частоты на два подключен своим входом к выходу шестого элемента И, а второй — к выходу четвертого элемента И, выход первого делителя частоты на два подключен к входу вычитания четвертого реверсивного счетчика, выход второго делителя частоты на два подключен к входу сложения четвертого реверсивного счетчика, вход установки данных которого соединен с выходами разрядов

1674159 третьего реверсивного счетчика, а выходы оазрядов четвертого реверсивного счетчика

Хср

Хо а, 4 f3 4 5 3g 1у tg (g tie И 4

Составитель И. Алексеев

Техред М.Моргентал Корректор Т. Малец

Редактор К. Крупкина

Заказ 2924 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при. ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 с)1 являются информационным выходом устройства.