Аналого-цифровой преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Уеспублик (») 482006 (63) Дополнительное к авт. свид-ву 370719 (22) Заявлено 02.02.73 (23) 1878799/26-21 (5Ц М. Кл.

Н 03к 13/17 с присоединением заявки №Гасударственный камнтет

Соввта Мнннвтрвв СССР пв делам нзвбретвннй н аткрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 25.08.75Бюллетень ¹31 (63) УДК 681. 325 (088. 8) Дата опубликования описания 12 11-75

Г. Г. Живилов, В. В. Островерхов, H. М. Сметанин и H. H. Штейнфельс (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) АНА13ОГОЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВА РЕЛЬ

Изобретение относится х измерительной3 и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях случайных напряжений в код, а также в устройствах для измерения и преобразования в код характерис=их случайных стационарных сигналов.

Известен преобразователь по авт. св. № 370719.

Однако известный преобразователь, не из- 10 меряет одномерную функцию распределения, функцию распределения времени между экстремальными значениями, автокорреляционную и взаимную корреляционную функцию стационарных эргодических входных случай- 16 ных сигналов, а также среднее значение для нестационарных по среднему значению входных случайных сигналов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразова- gp теля.

Для этого в него введен управляемый сигналами режимов работы распределитель, входы которого соединены с выходами цифро-аналоговот о преобразователя, управляю- 2б щего устройства, устройства для определе— ния знака приращения, а выходы распредели-1 еля подключены к управляющим входам источника дополнительных образцовых напряжений, к входам управляющего устройства, fстройства для определения знака прирашени» управляющим входам измерительных ключей.

На чертеже приведена структурная электрическая схема преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь содержит.измерительные ключи 1 и 2, выходы которых соединены с входом сравниваюшего устройства 3, второй вход и выход которого подключены к управляющему устройству4, Соединенному также с входами цифро-аналогового преобразователя 5, реверсивного

Очетчика 6, счетчика 7, с входом и выходом распределителя 8, с входами логического устройства 9 и источника дополнительных образцовых напряжений 10. Выход распределителя 8 подключен к входу устройства для определения знака приращений 1 3, выход которого соединен с входами цифроаналогового преобразователя 5 и распреде482006

35. лителя 8, а выходы цифро-аналогового пре- образователя 5 подключены к входам рач .пределителя 8, сравнивающего устройства, 3 и выходу измерительного ключа 12, уп равляющий вход которого, а также управ-, ляющий вход измерительного ключа 13 со:единены с выходом распределителя 8. Сиг нальный вход измерительного ключа 13 подключен к выходу генератора образцово го случайного сигнала 14, выход которого подключен также к сигнальному входу из- мерительного ключа 15.

Выходы измерительных ключей 1,2,13 и 16 объединены; а управляющие входы,, : измерительных. ключей 1 и 2 соединены с:, 15 выходом управляющего устройства 4, вход которого подключен также к выходу счетчика 7. Другой выход счетчика 7 соединен с входом цифро-аналогового преобра-: зователя 5, а вход счетчика 7 подключен. 20 к выходу реверсивного счетчика 6, два . входа которого соединены с выходами ло-. гического устройства 9, вход которого со- единен с выходом сравнивающего устройства 3, два выхода — с входами источника 25

-дополнительных образцовых напряжений 10, а третий выход - с входом устройства для определения знака приращений 11.

Выход распределителя 8 подключен -.àêже к входу источника дополнительных об- 30 разцовых напряжений 10, а выходы последнего — к сигнальным входам измерительных ключей 12 и 16.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь может работать в режиме адаптивного квантования, в котором по заданной погрешности восстановления сокращается избыточная информация. При этом измеряемое напряжение 0 (или 40

1 ) ), подключенное через соответствую2 ший измерительный ключ 1 или 2 к сравнивающему устройству 3, преобразуется в,д цифровой код прн помощи управляющего устройства 4 и цифро-аналогового. преобразователя 5.

Далее при помощи реверсивного счетчи.ка 6 и счетчика 7 определяется интервал д) квантования, пропорциональный коду реверсивного счетчика р, и включается в работу распределитель 8, на первом такте ко+ торого при помощи управляющего устройства 4, логического устройства 9, сравни- 55 ваюшего устройства 3 и цифро-аналогового преобразователя 5 определяется знак приращения входного напряжения Q (или

); на втором такте распределителя 8 (60

2 включается источник дополнительных обраа-» (;.новых напряжений 10 - заданная погрешность восстановления, с которой сравнивает ся нрирашение измеряемого сигнала.

В случае превышения измеряемым cur-;:

t налом заданной погрешности аЯ восстановления, код на реверсивном счетчике 6 уве-. личивается, а интервал квантования умень

1 шается и, наоборот, если измеряемый сит

:нал не превышает заданную погрешность ) восстановления, Логическое устройство 9 по команде от сравнивающего устройства 3 при этом выполняет следующие операции, при помощи которых итерационным методом находят оптимальный интервал квантования, для данного стационарного процесса и за- данной погрешности восстановления.

Адаптивное квантование по двум каналам для сигналов U u U осуществляет

1 2 ся в следующем режиме работы преобразователя. В этом режиме происходит поочередное включение измерительных ключей 1 и 2 управляющим устройством 4. Частота подключения (квантования) выбирается автоматически в зависимости от заданной погрешности восстановления и взаимной корреляционной функции сигналов, поступающих по разным каналам. !

В режимах измерения функций распреде ления предложенный преобразователь в за-. висимости от режима работы может измерять функции распределения экстремальных, максимальных и минимальных значений, функции распределения времени между ука- занными экстремальными значениями, а также функщпо распределения случайного стационарного эргодического сигнала.

Экстремальные, а также отдельные мак| симальные и минимальные значения стационарных эргодических. сигналов фиксиру ются устройством 11 для определения знака приращения следующим образом.

Как и в первом режиме работы, измеряется напряжение Ц или О . По окон- х х,.: чании измерения от управляющего устройства 4.,включается в работу распредели. гель8. 0т первого тактового импульса paciipege: лителя 8, как и в первом режиме работы; в логическом устройстве 9 происходит оцредел . ние знака прирашенйя текущего значения измеряемого напряжения. Логический сиг нал, формируемый в результате определе ния знака приращения текущего значения

t измеряемого напряжения логическим устройством 9, фиксируется устройством 1 1 для ,определения знака приращения.

Далее проводятся следующие измерения и определения знака текущего значения из- меряемого напряжения до тех пор, пока не

482006 произойдет изменение знака приращения, которое будет зафиксировано устройством ::

11 как противоположный сигнал с логиче- ского устройства 9, что соответствует

;экстремальной точке сигнала.

Экстремальные, максимальные и мини-, мальные значения измеряемого сигнала оп-. ределяются по следующим изменениям знаков приращений измеряемого напряжения от :одной операции к другой. Время между экстремальными, максимальными и мини- ;

;мальными значениями определяется при по мощи счетчика 7, который заполняется так», товой частотой в интервалах между указацными значениями входного сигнала. функция распределения случайного входного сигнала измеряется без преобразования его в код при помощи цифро-аналого.вого преобразователя 5. В этом случае сигналом режима работы управляющее уст.ройство 4 после запуска преобразсвателя сразу включает в работу- распределитель 8.

В этом режиме работы первый такт распределителя 8 служит для сравненйя изме-. ряемого напряжения U по одному из вых бранных каналов IJ > U с первым х .; х значением уровня выоорки hEi, снимаемого с источника дополнительных образцовых налряжений 10 через измерительный ключ 12. Результат сравнения фиксируется логическим устройством 9. На следующем такте распределителя 8 измерительным ключом 13 к входу сравнивающего устройства 3 подключается генератор образцового случайного сигнала 14, сигнал которого Q сравнивается с преобразованным .в

1 напряжение кодом реверсивного счетчика 6 . На- предыдущем такте распределитеор ля 8 управляющим устройством 4 код реверсивного счетчика, 6 записывается. в циф- ро-аналоговый преобразователь 5. Однако этот код преобразуется в аналоговый сигнал Q только на втором такте распреор делителя 8, когда необходимо сравнитьэтот сигнал с сигналом генератора 14. Результат сравнения фиксируется логическим ,.устройством 9, которое изменяет код реверсивного счетчика 6 от измерения к измерению до тех пор, пока не будет на немустановившегося значения кода.

Логическое устройство 9, управляемое режимом работы, при измерении функции распределения увеличивает код реверсивного счетчика 6 на единицу при условии, что

Ux (AEi, "г Оор уменьшает код реверсивного счетчика 6 на единицу при условии, что

О„>аЯ;

Uð Ор

1и оставляет его без изменения при

1 4 К

U >U ,"и при

Г Ор

Ф

Ux < ьЕ „ „< о,„

Источник дополнительных образцовых д5 напряжений 10 в этом режиме работы пр образователя формирует уровни выборки измеряемой функции распределения входногс сигнала. Эти уровни выборки задаются, и измеряются автоматически путем изме20 нения выходного напряжения источника 10.

Изменение напряжения уровня выборки происходит после фиксации установившегося значения точки функции распределения, которое определяется управляющим устройст25 вом 4 по количеству измерений или по другим признакам.

При измерении функции распределения на реверсивном счетчике 6 устанавливается код уровня выборки генератора образ30 цового-случайного сигнала 14, функции распределения которого известны.

Установившимся значением точки измеряемой функции распределения будет такое значение кода реверсивного счетчика 6, 35 при котором вероятность непревышения заданного уровня выборки QE g значением измеряемого сигнала равна вероятности непревышения сигналом генератора образ4ц цового случайного сигнала 14 своего уровня выборки, значение которого устанавливается на реверсивном счетчике 6 в про- цессе измерения точки функции распределения. Измеряемая функция распределения

45 находится по установившимся значениям кода реверсивного счетчика 6, соответствующим заданным уровням выборки, При измерениях функций распределения экстремальных, максимальных и минималь ных значений сначала определяются экстре мальные значения таким образом, как это . уже было рассмотрено, а затем в работе снова участвует распределитель 8, но с измененной устройством 1 1 про раммои ра-"боты. В первом сравнении вместо измеряе- мого напряжения на первый вход сравниваю1 щего устройства 3 через ключ 16 подается напряжение Е, а на второй вход соответственно экстремальное значение . 0

482006

7 ,с цифро-аналогового йреобразователя 5. В . конце первого такта (после этого сравне-:., ния) в цифро-аналоговый преобразователь записывается код реверсивного счетчика 6 и далее преобразователь измеряет функцию: распределения.

При измерении функции распределения времени между экстремальными значениями после нахождения экстремального значения. код счетчика 7 записывается в цифро-аналоговый преобразсватель 5 до начала работы распределителя 8 по новой программе.

Следовательно, на первом такте распре делителя 8 в работе по новой программе преобразованный в аналоговое значение .: у о код счетчика 7 сравнивается с сч уровнем выборки gg, и далее функция рас-; пределения измеряется, как и ранее, для всех значений уровней выборки дЕ.

Среднее значение также измеряется ите-; рационным методом. После подачи сигнала режима работы и запуска к первому входу сравнивающего устройства 3 измерительны ми ключами 1 и 2 подключается измеряемое напряжение Ц, которое сравнивается х на первом такте распределителя 8 с напряжением () от генератора образцового слу г чайного сигнала 14, подаваемого на второй вход сравнивающего устройства 3 через измерительный ключ 15.

Распределитель 8 начинает работать после запуска преобразователя, т. е. аналого1 цифрового преобразования измеряемого сигнала не происходит.

Результат сравнения на первом такте распределителя 8 записывается в логическое устройство 9, На следующем такте распределителя 8 код реверсивного счетчика 6 записывается в цифро-аналоговый пре> образователь 5, т. е. таким образом преобразуется в аналоговое значение Q .. ор

На следующем такте распределителя 8 наВ пряжение U додаваемое от генератора

r образцового случайного сигнала 14 через измерительный ключ 13 на вход сравнивающего устройства 3, сравнивается им с на- пряжением ор

Оба результата сравнения фиксируются логическим устройством 9, которое рабо- " тает также, как при измерении функции распределения.

Следующим импульсом распределителя 8 преобразователь за исключением реверсивного счетчика 6 сбрасывается и выполняются новые измерения до тех пор, покакод па реверсивном счетчике не установится и не будет соответствовать среднему зйаче нию измеряемого сигнала.

8.

Сигналами переключения режимов работы управляются выходные шины распределите ля 8 таким образом, что в каждом из режимов работы устанавливается строго оп- ределенная последовательность операций, которые повторяются от одного цикла измерений к другому.

По результатам адаптивного квантования можно вычислить нормированные корреляционные функции, однако это неудобно из-за большого количества вычислений и часто требуются значения этих функций, представленных электрическими сигналами в коде.

Предложенный преобразователь позволя ет измерять нормированные автокорреляционную функцию и взаимную корреляционную функцию полярным методом для двух ста- ционарных центрированных сигналов, т. е; сигналов с математическим ожиданием, равным нулю. Центрирование измеряемых сигналов производится по результатам измерения средних значений напряжений Q

1 и .lj х

Центрируюшие напряжения в коде вводятся во входные регистры источника дополнительных образцовых напряжений 10. ИзЗ0 меряемый сигнал Q в этом режиме не х преобразуется в код, а измерение начинается с работы распределителя 8. На первом такте распределителя 8 измеряемое напря35 жение сравнивается с нулевым значением (с уровнем центрирования dE). В указанном ,режиме после сброса преобразователя йеред первым тактом на счетчике 7 устанавливается код интервала, который после о

40 измерения установившегося значения точки ! автокорреляционной функции, соответствую щей g, изменяется на 2 и т. д. до вео о личины интервала корреляции, а при необ45 ходимости и более.

Код 7, 271, и т. д. может набираться о о на клавишном переключателе или регистре и перезаписываться в счетчик 7. Итак„на первом такте сравнивается измеряемое на50 пряжение Q с математическим ожиданием (средним значением), и результат сравнения фиксируется логическим устройством 9. Од1 повременно с этим сравнением на счетчике !

7 от управляющего устройства 4 подаются

55 счетные импульсы, при помощи которых фор:,мируется интервал времени . Во время о формирования интервала 1 актовые им( о, пульсы на распределитель 8 от управляю60,mего устройства 4 блокируются.

482006

После окончания интервала счетчик о ,7 формирует на" вход управляющего устройства 4 сигнал, по которому распределитель

8 начинает дальнейшую работу и формиру- ет следующий такт. На этом такте через интервал времени, снова сравниваются о напряжения U и ЬЕ, В их подключении: х .и сравнении участвуют те же элементы, что и на предыдущем такте, Результат этого сравнения также фиксируется логическим устройством 9.

На следующем такте распределителя 8; код реверсивного счетчика 6 переписывает - ,ся в цифро-аналоговый преобразователь 5, образуя напряжение Ц, которое сравниор вается с напряжением генератора образцо- вого случайного сигнала 14, подключаемым измерительным к почом 13 к входу сравнивающего устройства 3. Результат сравнения также фиксируется логическим устройством 9.

В результате первых двух тактов логи ческое устройство 9 последовательно определяет совпадение 1, 0 или О, 1 и вы- дает "1", а при О, О или 1, 1 выдает "0".

В резу.ш тате третьего такта с учетом первых двух тактов логическое устройство 9

1 работает следующим образом: записывает

+ 1 в реверсивный счетчик при совпа-. дении кода О; 1 и 1, О с 1; вычитает — 1 из реверсивного счетчика 6 при совпадении кода О, О и 1, 1 с О; оставляет код реверсивного счетчика 6 без изменения при совпадении кодов О, 1 и 1, О с О и О, О и 1, 1 с 1.

Распределитель 8 последним тактовым, импульсом начинает следующий цикл изме-,. рения с интервалом между первыми двумя!

I сравнениями, равными . Такие циклы о следуют друг за другом до получения установившегося значения нормированной авто 1 корреляционной функции на реверсивном счетчике 6, соответствующего Затем о

10 Находится следующая точка функции, соот-

l .. ветствующая 2,, и т. д. о

В режиме измерения взаимной корреляционной функции двух входных напряжений полярным методом измеряется взаимная корреляционная функция двух входных напряжений, математическое ожидание которых должно быть равно нулю, или, если оно не равно нулю, должно быть измерено для р каждого сигнала и затем вводиться в источник дополнительных образцовых напряжений 10.

Преобразователь работает по той же схеме, что и в предыдущем режиме, за

$5 исключением второго сравнения, при кото ром tJ сравнивается через интервал х2 с уровнем Д Е, где fl = 1,2,3, о

Итак, считывание кода измеряемых па20 раметров при статических измерениях проводится по команде с управляющего устройства 4 после их установления.

Б зависимости от режима работы преобразсвателя несколько изменяется работа

25 логического устройства 9,. что определяется предложенными алгоритмами, но не усложняет логического устройства 9. ч0 Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь по

;авт. св. № 370719, о т л и ч а ю щ и и,с я тем, что, с целью расширения функцио .нальных возможностей, в него введен управляемый сигналами режимов работы распределитель, входы которого соединены с выходами цифро-аналогового преобразователя, управляющего устройства, устройст40 ва для определения знака приращения, а выходы распределителя подключены к управляющим входам источника дополни|ель,ных образцовых напряжений, к входам управляющего устройства, устройства для on4„,,ределения знака приращения и управляющим, входам измерительных ключей. !

482006

Составитель A.Кузнецов

Редактор АЗиньковскнй Техред Н,Ханеева

Корректор А.Дзесова

Изд Ю5И

Заказ Яф р 902

Подписное

Предприятие «Патент», Москва. Г-59, Бережковская наб., 24

ЦНИИ!1И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4