Вычислительное устройство для первичной обработки информации

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Союз Советских

Социалистических

Республик ()746604

Ф

/

« (61) Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 21.04.78 (21) 2606619/18-24 (5 I ) M. Кл. с присоединением заявки ¹â€”

5 06 Т 3/00

Гооударстевииый комитет

СССР (23) Приоритетпо делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 07.07.80. Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 10.07.80 (53) УДК 681.З4 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Лапенко, H. Н, Шишкевич и В. И. Шевченко

Московский институт электронной техники (71) Заявитель (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к вычислитель ной технике и может быть использовано в устройствах преобразования аналоговых величин в цифровой код.

Известны устройства, используемые для первичной обработки информации путем сжатия динамического диапазона при измерении амплитуд импульсов, которое необходимо при обработке одиночных импульсов вследствие узкого динамического

10 диапазона детекторов, в частности пиковых. Для этих целей используются логарифмические усилители 11 .

Наиболее близким к предлагаемому является вычислительное устройство для тй первичной обработки информации, содержащее т1 усилительных каскадов, (n«l) элемент задержки, блок выбора порядка, два пороговых блока, ключ и сумматор, каждый элемент задержки включен между

{К -1) и к усилительными каскацами, выходы последних подключены Ко входам сумматора, сигнальный вход ключа подсоединен к выхоцу сумматора, управляющий вход связан с выходом первого порогово° го блока, а выход подключен ко входу пикового детектора, выходом подсоединенного ко входу первого порогового блока, подключенного своим выходом к первому управляющему входу блока выбора порядка, который вторым управляющим входом связан с выходом второго порогового блока, соединенного своим входом с выходом и -го усилительного каскада, выхоцы блока выбора порядка являются цифровыми выходами всего устройства 121.

Этому устройству присуща недостаточная точность, обусловленная зависимостью измеренной величины сигнала от параметров усилительных каскацов и элементов задержки (в первую очередь коэффициентов передачи этих узлов), которые могут изменяться вследствие изменения внешних условий (температуры, напряжения источника и пр.).

Цель изобретения — повышение точности при определения амплитуд одиночных импульсов.

3 74

Поставленная цель достигается тем, что в вычислительное устройство, содержа щее и последовательно соединенных усилительных каскадов и (rl -1) элементов задержки, каждый из которых включен между соответствующими предыдущим и последующим усилительными каскадами, первый сумматор, входами подключенный к выходам усилительных каскадов, а выходом соединенный с входом первого ключа, выход которого подключен к первому пиковому детектору, пороговый блок, вход которого подключен к выходу г1 -го усилительного каскада, введены функциональный блок, аналого-цифровой преобразователь, генератор эталонных импульсов, аттенюатор, второй ключ, второй пиковый детектор и второй сумматор, первый вход которого является вхо» дом устройства, а выход соединен со входом первого усилительного каскада; выход первого сумматора соединен с первым входом функционального блока и с входом второго ключа, выход которого подключен к входу второго пикового детектора, выходы пиковых детекторов подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого являются первым цифровым выходом устройства, второй вход функционального блъка соединен с выходом порогового блока, первый и второй выходы функционального блока соединены с управляющими входами первого и второго ключей, третий выход функционального блока под ключен к входу генератора эталонных импульсов, выход которого через аттенюатор подключен ко второму входу второго сумматора, группа разрядных выходов функционального блока подключена к группе управляющих входов аттенюатора и является вторым цифровым выходом устройства. При этом функциональный блок содержит генератор импульсов, дешифратор, счетчик, регистр, распределитель импульсов и пороговый элемент; вход которого является первым. входом блока, а выход соединен с первым вхс цом распределителя импульсов, второй вход которого является вторым входом блока, первый, второй и третий выходы распределителя импульсов являются первым, вторым и третьим выходами блока, четвертый выход распределителя импульсов через генератор тактовых импульсов соединен со счетчиком, вход установки в нуль которого подключен к пятому выходу распределителя импуль6604 ф сов, шестой выхоц которого соединен с управляющим входом регистра, группа, разрядных входов которого соединена с группой разрядных выходов счетчика; подключенной к группе разрядных входов дешифратора, выход которого соединен с третьим входом распределителя импульсов, группа разрядных выходов регистра является группой разрядных выходов бло10 ка.

На фиг. 1 изображена блок-схема вычислительного устройства для первичной обработки информации; на фиг. 2 - схема функционального блока; на фиг. 3временные диаграммы, поясняющие работу вычислительного устройства.

Вычислительное устройство содержит первый сумматор 1, д усилительных каскадов 2, последовательно соединенных друг с другом через элементы 3 задержки. Выходы усилительных каскадов 2 подключены ко входам сумматора 1.

Вход первого усилительного каскада соединен с выходом второго сумматора

4, вход которого является входом устройства, а выход последнего усилительного каскаца соединен с входом порогового блока 5. Выход сумматора 1 соединен с сигнальными входами первого 6 и второго 7 ключей.

Выходы ключей 6 и 7 через пиковые детекторы 8 и 9 соответственно подключены к первому и второму входам аналого-цифрового преобразователя (А БП) 1 О, разрядные выходы последнего являются цифровым выхоцом мантиссы измеряемого сигнала. Первый вход функционального блока 11 соединен с выходом сумматора 1, а второй вход - с выходом порогового блока 5. Функциональный блок 11 первыми тремя выходами соединен с управляющими входами ключей 6 и 7 и со входом генератора 12 эталонных импульсов соответственно, группа разрядных выходов блока 11 является цифровым выходом порядка измеряемого сигнала. Генератор 12 через,аттенюатор 13 соединен со вторым входом сумматора 4. Группа управляющих входов аттенюатора 13 подключена к группе разрядных выходов .. функционального блока, Функциональный блок 11 содержит пороговый элемент 14, вход которого является первым входом блока 11; распределитель 15 импульсов, первый вход кото рого соединен с выходом порогового эле.— мента 14, а второй вход является вторым входом блока 11. Первые три выхода распределителя 15 импульсов являются соот ветственно тремя первыми выходами блока 11, четвертый BblKog блока 15 через генератор 16 тактовых импульсов соединен со счетным входом счетчика 17, выходы которого соединены с установочными входами регистра 18. Пятый выход распределителя 15 соединен с входом установки в нуль счетчика 17, группа выходов которого соединена с 1Î группой входов дешифратора 19, выход которого соединен с третьим входом распределителя 15. Группа выходов регистра

18 является группой выходов блока 11, управляющий вход регистра 18 соединен с шестым выходом распределителя 15.

Вычислительное устройство для первичной обработки информации работает следующим образом, Входной сигнал через сумматор 4. щ поступает на цепочку усилительных кас» кадов 2 и элементов 3 задержки и усиливается ею. Время задержки элемента 3 задержки выбирают больше длительности измеряемого импульса. 25

С выхода первого усилительного каскада 2 усиленный импульс сразу поступает на вход сумматора 1 (фиг. За), с выхода второго- через время равное t с (фиг.

Зв), а с выхода и -ного каскада - че- щ реэ (n-1) t> .

Таким образом, на выходе сумматора

1 получаем последовательность равномерно разнесенных во времени импульсов, причем два ближайших отличаются по амплитуде в К> раз, если напряжение на входе каскада не превышает U 4,- с.

Ко . Здесь К, — коэффициент усиления каждого каскада, Оно, - некоторое напряжение насыщения каскада. В против- 40 ном случае амплитуда на выходе (K -1) и И усилительных каскадов различается в число раз, меньшее ky, а напряжения на выходе последуюших каскадов равны

U дс (фиг. 3 с) .

Эта пачка импульсов поступает на пороговой элемент 14 блока 11, а также через ключ 6, который открыт в исходном положении, на пиковый детектор 8;

Ключ 7 в исходном положении закрыт и не пропускает импульсы на вход пикового детектора 9. При приходе импульса с амплитудой О><, превышающей минимально допустимое измеряемое .напряжение, срабатывает пороговый элемент

14, сигнал срабатывания поступает на распределитель 15 импульсов, который . вырабатывает импульс запуска генерато5 746604 & ра 16 тактовых импульсов (фиг. ЗД).

Через время задержки, необходимое для обработки импульса пиковым детектором

8, распределитель 15 импульсов вырабатывает импульс, закрывающий ключ 6, блокируя таким образом прохождение последующих импульсов на вкод пикового детектора 8. На выходе пикового детектора 8 образуется квазипостоянное напряжение, равное U> (фиг. 31). Пороговый блок 5 срабатывает через время, равное (h-N).t >o,, считая до момента срабатывания элемента 14 (фиг. Зд), где N -номер усилительного каскада 2, на выходе которого амплитуда импульса равна U> . В счетчике 17 происходит вычисление времени (o-g ) t. . .Это достигается тем, что на счетный вход счетчика 17, предварительно установленного в нуль, после запуска генератора 16 тактовых импульсов начинают поступать импульсы с периодом следования Т=1 С,, При срабатывании блока 5 распределитель 15 импульсов выделяет сигнал на срыв гене» рации генератора 15 (фиг. ЗЬ).

Одновременно с распределителя 15 импульсов подается управляющий сигнал, на регистр 18 для, запоминания содержимого счетчика 17. Информация в регистре

18 есть код порядка напряжения сигнала.

Через некоторое время задержки импульсом с блока 15 снова запускается генератор 16 (фиг. ЗЬ ), a также открывается ключ 7 (фиг. Зи) и запускается генератор 12 эталонных импульсов, который вырабатывает импульс эталонной амплитуды Ugq. (фиг. ЗВ). Величина 0эт. выбирается приблизительно равной средне му значению рабочик напряжений пикового детектора. Эталонный импульс, проходя через аттенюатор 13, ослабляется в

К, раз.

Далее ослабленный импульс через сумматор 4 поступает на цепочку усилительных каскадов 2 и элементов 3 задержки. На выходе сумматора 1 снова обра» эуется пачка, но уже эталонных импульсов.

Амплитуда импульса на выходе И, -го кас када равна Оэт . K>, если К4М и UH t, если K)N. B это время счетчик 17 производит дальнейший счет импульсов генератора 16. Когда содержимое счетчика 17 становится равным г, срабатывает дешифратор 19, настроенный на этот код (фиг. 3S). К этому времени эталонный импульс проходит столько же элементов задержки, сколько прошел измеряемый импульс до срабатывания блока 14. Амплитуда импульса на выходе сумматора 1 в момент срабатывания де- шифратора 19 равна, э, к у = "эт

Этот импульс проходит через открытый ключ 7 на пиковый детектор 9 и обрабатывается им, ключ 7 через задержку, необходимую для этой обработки, закры ,вается сигналом с распределителя15 импульсов (фиг. Зц). На выходе пикового детектора образуется квазипостоянное напряжение, равное uz> (фиг. ЗО). К данному моменту времени на выходах пиковых детекторов 8 и 9.присутству» ют напряжения Ох и Uq>, которые по- цаются соответственно на первый и второй входы блока 1 О. На выходе последнего образуется код нормированной мантиссы.

Все описанные формулы справедливы в случае, если сигналы обрабатываются устройством без искажений. Однако параметры блоков 1, 2, 3, 4 (коэффициенты передачи, дрейф нуля и др.) могут меняться из-еа изменений температуры, давления и других внешних условий„ B результате этого соответствующим об» разом изменяются характеристики измеряемого сигнала, однако характеристики эталонного сигнала измеряются аналогичным образом. Так реалируется независи мость величины измеренного сигнала от изменений внешних условий.

Благодаря введению новых узлов и связей вычисленные мантисса и порядок выдаются в цифровом коде и точность вычисления амплитуд одиночных сигналов с большим динамическим диапазоном, а также стабильность работы устройства при колебаниях температуры, давления.и др., значительно повышаются.

Экономический эффект от применения предлагаемого устройства выражается в повышении точности вычисленйя в устройствах для первичной обработки информации, в которых предлагаемое устройство может быть использовано.

Формула изобретения

М

1. Вычислительное устройство для первичной обработки информации, соцержащее т последовательно соединенных усилительных каскадов и (и — 1) элементов задержки, каждый из которых включен между соответствующими предыдущим и послецующим усилительным каскадами, первый сумматор, входами подключенный к выходам усилительных каскадов, а выходом соединенный с входом первого клю« ча, выход которого подключен к первому пиковому детектору, пороговый блок, вход которого подключен к выходу о -го усилительного каскада о т л и ч а ю

5 щ е е с я тем, что с целью повышения точности, в устройство введены функциональный блок, аналого-цифровой преобразователь, генератор эталонных импульсов, аттенюатор, второй ключ, второй пиковый

1О;детектор и второй сумматор, первый

55

35 вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом первого усилительного каскада; выход первого сумматора соединен с первым входом функционального блока и с входом вто« рого ключа,,выход которого подключен

I к входу второго пикового детектора, выходы пиковых детекторов подключены: входом аналого-цифрового преобразователя, разрядные выходы которого являются первым цифровым выходом устройства, второй вход функционального блока соединен с выходом порогового блока, первый и второй выходы функционального блока соединены с управляющими входа» ми первого и второго ключей, третий выход функционального блока подключен к входу генератора эталонных импульсов, выход которого через аттенюатор подключен ко второму входу второго сумматора, группа разрядных выходов функционального блока подключена к группе управляющих входов аттенюатора и является вторым цифровым выходом устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что функциональный блок содержит генератор импульсов, дешифратор, счетчик, регистр, распределитель импульсов и пороговый элемент, вход которого является первым входом блока, а выход соединен с первым входом распределителя импульсов, второй вход которого является вторым входом блока, первый, второй и третий выходы распределителя являются первым, вторым и третьим выходами блока; четвертый выход распределителя импульсов через генератор тактовых импульсов соединен со счетчиком, вход установки в нуль которого подключен к пятому выходу распределителя импульсов, шестой выход которого соединен с управляющим входом регистра, группа разрядных входов которого соединена с группой разрядных вы« ходов счетчика, подключенной к группе разрядных входов дешифратора, выход которого соединен с третьим входом рас9 746604 10 пределителя импульсов, группа разрядных, 1. Патент США _#_> 3662274, .выходов. регистра является группой раз-, кл. 329-192, 1972. рядных выходов блока. 2. Авторское свидетельство СССР по

Источники информации, заявке Ж 2430928/24, принятые во м чие пои экспертизе, . кл. С4 06 G4. 7/12 197R поототип).

746604

Фиг. У

Составитель И. Шелипова

Редактор Л. Алексеенко Техред Л. Теслюк Корректор Г. Решетник

Заказ 4106/19 Тираж 751 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,