Многофункциональный цифровой коррелометр

 

О П И С А Н И Е (,826361

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CoIo3 Советсник

Сециалистичеснмн

Реслублин (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 30.08.79 (2I ) 2815307/18-24 р ).) АА у с присоединениеэт заявки йм—. hefАарстаанный кемнтет

СССР

G06F 15/ЗЗб (23) Приоритет

Опубликовано Ь.Ь4.8 1, Бюллетень,ре 16 г ав делам нэебретеннй и еткрмтнй (5З) УДKee 1.З23 . (088.8) Дата опубликования описания 30.04.81. (72) Авторы изобретения

Б. С. Демченко и Н. О. Герус

;.т у

1

Краснодарский ордена Трудового Крас ного Qlj9M95R завод электроизмерительных прибор

) (71) Заявитель (54) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ

КОРРЕЛОМЕТР

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, предназначено для вычисления корреляционных функций, плотностей распределения вероятнос тей математических ожиданий, вторичных режимов обработки как автоматичес5 ки по командам от внешних устройств управления, так и по командам от внут- . ренних органов управления, и может быть использовано при решении задач в систетО мах непрерывного технологического кон| роля, автоматического управления диатностики и. др.

Известен коррелометр (анализатор) сигналов, выполняющий корреляционный анализ, амплитудный анализ, накопление (усреднение) с выводом результатов вычислений на встроенную электронно-лучевую трубку (осциллограф), ленточный перфоратор, печатающее устройство и т.д.

Устройство выполняет широкий набор функций (амплитудный анализ, корреля ционный анализ, усреднение) с выводом результатов вычислений на внешние регист2 рирукнцие приборы, Широкий набор выпол няемых функций осуществляется за счет. встраиваемых блоков.

Йпя реализации различных функций необходимо менять номенклатуру. встраиваемых в устройство блоков путем механической замены их. Необходимые команды, для выполнения выбранных функций и параметры функций задаются от органов управления, находящихся на лицевой панели анализатора н лицевых панелях встраи ваемых блоков (1).

Однако, во многих задачах автоматического управления, технологического контроля, диагностики в реальном масштабе времени требуется определять несколько характеристик случайного процесса и оперативно менять «ак выполняемую функцию, так и параметры функции, например число точек корреляционной функции, шаг задержки, объем выборки, степень коррелированности и т.д., и вести непосредственный (в темпе поступления) анализ потока цифровых данных.

3 8263

Смена выполняемой функции анализатором, путем; ручной замены функциональных блоков и ручного задания параметров выполняемой функции на органах управления и невозможность обработки сигналов

l в цифровом коце цля корреляционного анализа делают данный анализатор непри годным цля решения задач автоматического управления и непрерывного технологического контроля. 10

Наиболее близким к предпагаемому по технической сущности являетси цифровой корренометр, содержащий два аналогоцифровых преобразователя (AHH) с регист рами хранения дискретных отсчетов вход ных сигналов, блок умножения, сумматор, запоминающее устройство со схемами выбора адреса ячейки памяти, блок вывода с встроенной электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), блок управления с переключателями задания выполняемой функции и ее параметров.

Этот коррелометр позволяет без заме«; ны функциональных блоков опре целять оценки корреляционных функций, распрецеления, математических ожиданий, . что сокращает время задания новой функции и позволяет использовать его при решении задач автоматического управленич и технологического контроля в системах, допускаю!цих ручное переключение выполняемой функции (2).

Однако. в коррелометре отсутствует возмо>кность обработки сигналов, поступающих на вход в цифровом коде. Ручное переключение выполняемой функции и за дание ее параметров снижают эффектив- ность работы коррелометра и системы, в которой он используется, и не позволяют использовать данный коррелометр при 4О решении задач в реальном масштабе времени в системах автоматического контро-. ля с частым изменением выполняемых

-/ функций и их параметров. Отсутствие воз можности обработки сигналов в темпе 4> поступления потока цифровых данных or. раничивает функциональные возможности этого коррелометра.

Herb изобретения - повышение быстро; действия при определении множества ста тистических характеристик случайных сигналов, Поставленная цель цостигается тем, что в многофункциональный цифровой кор релометр, содержащий первый и второй у аналого-цифровые преобразователи, первые входы которых являются соответственно первым и вторым аналоговыми входами корч релометра, вьжоцы которыхсоответственно

81. ф через первый и второй регистры соединены с первыми входами первого и второго коммутаторов, вторые входы которых подключены к выходу блока памяти, информационный и адресный входы которого подключены соответственно к выходу первого коммутатора и к выходу сумматора, информационный вход которого соединен с выходом блока умножения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго коммутаторов, выход блока памяти соединен со входом блока индикации, и блок управления, первые три выхода которого подключены соответственно к управляющим входам аналогоцифровых преобразователей, первого и второго коммутаторов и к управляющему входу сумматора, введены первый и второй регистры числа, регистр команд, блок преобразования позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, третий и четвертый коммутаторы и блок приоритета, первый вход которого является третьим входом коррелометра, второй вход сое!!ВНеН с четвертым выходом блока управления, а первый выход блока приоритета поцклю чен к первому входу блока управления, пятый, шестой, седьмой и восьмой выхоцы которого соединены соответственно с первым входом блока элементов ИЛИ,. со вхо дом блока преобразования позиционного кода в двоичный, с первыми входами первого и второго регистра числа, выхоц блока преобразования позиционного кода в двоичный соединен со вторым входом блока элементов ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу третьего коммутаторц вход которого является четвертым входом коррелометра, выход блока элементов ИЛИ через регистр команд подключен ко втОро» му входу блока управления, второй выход блока приоритета подключен ко второму входу третьего коммутатора и первому входу четвертого коммутатора, второй вхоц которого соединен с выходом второго регистра числа, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, второй вход первого регистра числа объединен с третьим входом блока элементов ИЛИ и подключен к выходу сумматора, выход первого регистра числа соединен с треть ими входами первого и второго коммута торов, выход четвертого коммутатора является выходом коррелометра.

На фиг. l изображена функциональная схема многофункционального цифрового корренометра, на фиг. 2 — структурная схема блока управления; на фиг. 3 — структурная схема блока приоритета, на фиг. 482636 1

30 структурная схема преобразователя позиционного кода в двоичный.

Коррелометр содержит аналого-цифро4 вые преобразователи (АШ1) 1 и 2 с регистрами 3 и 4 BxonHblx дискретных отсчетов, коммутаторы 5 и 6 выходных cm» гналов ADIT, блок 7 умножения, сумматор 8„блок 9 (БП) с узлами выбора адреса ячейки памяти, блок 10 инцикации со встроенной электронно-.лучевой трубкой 10 (ЭЛТ), блок управления (БУ) 11, регистр

12 команд, регистр 13 числа, блок 14 преобразования позиционного кода в двоичный, блок 15 элементов ИЛИ, регистр 16 числа, коммутаторы 17 и 18 входных и 15 выходных данных, блок 19 приоритета, цифровой вход 20 коррелометра, выхоц

21 коррелометра, вхопные шины 22 блока приоритета.

Блк управления 11 коррелометра (фиг. 2),.как и в известном устройстве, состоит из схемы 23 Пуск-стоп, генератора 24 тактовых импульсов, таймера

25 (пересчет тактовых импульсов), форми- рователя 26 сигналов пуска АЦП, распре- делителя 27 импульсов (счетчики цроизведений и управляющие триггеры), блока

28 формирования команц, (линии задержки и схемы И) и блока 29 формирования сигналов.

Блок 19 приоритетного прерывания (БПП) (фиг. 3) выполнен на микросхеме

К. 589ИК14 и состоит из триггеров запроса на прерывание и шифратора 30 приоритета, регистра 31 текущего приоритета з5 (ПР), схемы 32 сравнения приоритетов (СРП), копирующего устройства 33 приоритета. Вход-выход БПП связан со схемой формирования команд БУ 11, которая вырабатывает строб разрешения прерыва- 40 ния СРП, поступающий на триггер 34 прерывания БПП, и с распределителем 27 импульсов, который по состоянию строба прерывания ПР переходит на программу обработки прерывания.

Выхоцы регистров 3 и 4 поцключаются к первым входам коммутаторов 5 и 6 выходных сигнллов АЦП. Разнорядность дискретных отсчетов определяется числом уровней квантования AllII по амплитуде 50 входных сигналов. Выходы коммутаторов

5 и 6 поцключены ко входам блока 7 умножения, а выхоп коммутатора 5 к адресному вхоау БП 9.

Выход блока 7 умножения соединен с первым входом сумматора 8, на второй вход которого поступает команда побав ления единицы в сумматор от llepaoro. выхода БУ 11. цифровая информация с выхода БП 9 поступает на вторые входы коммутаторов 5 и 6, третий вход сумматора, блок 10 индикации и через выходной регистр 16 числа и коммутатор 18 выходных naHHblx на один из выходов 21 коррелометра. Входная цифровая информация поступает через коммутатор 17 командных и числовых данных на вход БП 9, а через регистр 13 числа на третьи входы коммутаторов 5 и 6. На вход БП 9поступает также информация с выхода сумматора. Пр жожцение информации через регистры 13 и 16 осуществляется по командам с. седьмого и восьмого выхода

БУ 11 соответственно.

Командные данные поступают как от внешних устройств через коммутатор 17, блок 15 элементов ИЛИ, регистр 12 иа вход БУ 1?, так и от переключателей задания выполняемой функции и задания ее параметров через шестой выход БУ 11 блока 15 элементов ИЛИ. Управляющий вход блока 15 элементов ИЛИ соединен, с пятым выходом БУ 11. Блок 14 пре» образования позиционного кода в цвоичный преобразует позиционные коцы, идущие от переключателей, в управляющее слово.

Вход и выход блока 19 приоритета связан с одним из входов и выходов БУ

11, а первый и второй выход БУ 11 подключается к управляющим входам АБП

l и 2 и коммутаторов 5 и 6 соответст вени о.

Для обеспечения автоматической работы коррелометра сигналы команц блока

29 идут не на внутренние узлы БУ 11, а являются его шестым выходом и поцклю чены к блоку 14 преобразования коцов пля уплотнения командных данных через схему 2И-ИЛИ и регистр 12 командных данных поступают на узлы БУ 11.

Второй, третий и четвертый выхоцы блока упрачления являются выходами схе«., мы формирования команг и управляют поступлением информации через регистр

13 входных цанных, выцачей информаци через регистр 16 выхоцных данных и сх мой 2И-ИЛИ.

Выходы кодирующего устройства 33 приоритета КП-КП2 используются цля выбора направления связи с внешним устрой -. ством и поступаю т на коммутаторы входных и выходных данных попключая цифро-вой вход 21 и выход 20 к внешнему устройству, пославшему запрос на прерывание.

Уплотненные команпные данные легко согласуются с данными от цифрового вхоца и пля их передачи внутри коррелометра

82636 1 8 блока 7 умножения полученное произведение

)((4 ) (1ЬЦ

7 требуется меньше связей и меньший ре ° гистр 12 командных данных.

Блок 14 преобразования кодов служит для уплотнения командной информации сигналов панели управления в форматы, сс»5 гласовBHHûe с форматами команцных QBH ных, поступающих с цифрового входа 20 при работе в автоматическом режиме.

Блок 14 преобразования кодов (фиг. 4) состоит из преобразователей позицион- 1о ного кода в двоичный и двоичнодесятнчный или других известных преобразователей в зависимости от того, каким способом задаются данные на панели управле-. ния. 5

Позиционный код (фиг. 4) выходов три, ггеров 35 поступает на элементы И 36, на выходах которых имеет место двоичный коп.

Ъ

Коррелометр работает следующим обра :зом.

По командам от внешних устройств, на оцну иэ входных шин 22 блока 19 приоритета поступает сигнал. Порядковый номер выбранной шины определяет приоритет 25 в работе. От соответствующего внешнего устройства блок 19 приоритета вырабатывает сигналы (коды), которые разрешают прохождение командной и числовой информации через коммутаторы 17 и 18 входных и выходных данных, одновременно посылается сигнал в BY 11, который вырабатывает коман цный сигнал, поступаю щий на управляющий вход блока 15 эле ментов ИЛИ, и командные данные записы- З5 ваются на входной регистр 12 командных данных, а с выхопа регистра Hà sxoa БУ

11. В командных данных содержатся све. дения о выполняемой функции. Например цля вычисления корреляционной функции (КФ) поступают данные о шаге задержки

b.7, числе ординат КФ п, степени коррелированности, объеме выборки Я, о работе с аналоговыми сигналами Х (+ )-, У (т. ) или сигналами от цифрового входа

45 ,анализатора, о выдаче результатов рабо ты на внешние устройства и т.п.

БУ 11 по поступившим команцным дан50 ным вырабатывает после довательность внутренних управляющих сигналов. Для определения КФ в АЦП 1 и 2 проиэвопич ся квантование входных сигналов -,во времени и по амплитуде. Дискретные отсчеты

55 входных сигналов Х (f а 7 ), У (ч д Г ) запоминаются на регистрах и с выходов регистров через коммутаторы 5 и 6 поступают на блок 7 умножения. С выхода поступает сумматор 8, в который прессварительно из БП 9 заносится частичная сумма произведений предыдущих циклов накопления (4 -1) P g(iht)yjhjt)

После суммирования йолучаем значение

Х (1ь7 ) У (p h ), которое записываетя в БП 9,!: ИЗ БП 9 информация ф=4выдается на блок 10- вывода с ЭЛТ и выходной регистр 16 числовых данных.

Если есть указания в командных данных о выдаче текущих результатов или конечных результатов измерения на внешние а устройства, то БУ 11 вырабатывает разрешающий потенциал на выдачу числовой информации с регистра 16. на выходе коммутатора 18.

При указании в командных данных работе с цифровыми сигналами БУ 11 вь рабатывает команау на прохождение числовых панных от коммутатора 17 вхоцных данных через входной регистр 13 числовых данных на вторые входы коммутаторов

5 и 6 и производится вычисление КФ.

Алгоритм вычисления КФ аналогичен описанному. В командных данных могут быть указания о записи цифровой информации в БП 9 с сохранением ее или пос-. ле записи в БП 9 произвести вычисление

K4>Ä плотности распределения вероятностей, математического ожипания. В этом случае числовая информация через коммутатор

l7 вхоцных данных записывается в БП 9 и сохраняется в нем или выводится на третьи входы коммутаторов 5 и 6 цля последующей обработки.

При вычислении плотности распределения вероятнос ей входной аналоговый сиг» нал Х (Ф f преобразуется в дискретный ,отсчет, который через коммутатор 5 по ступает на адресный вход выбора ячейки памяти БП 9. В этом случае дискретный отсчет является кодом адреса ячейки памяти БП. По установленному коду адреса из ячейки памяти считывается накоплен- ная ранее сумма событий, которая записывается в сумматор. По второму входу сумматора из БУ 1 1 цобав ляетс я единица, что соответствует свершению события.

Новая сумма событий записывается в

БП по тому же адресу. Плотность распре депенне вероятностей вычисляется при поступлении на вход анализатора информакии в цифровом виде.

82636 1

10 выходом блока умножения, входы которого од подключены соответственно к выходам т первого и второго коммута;-оров, выход блока памяти соединен со вхоцом блока индикации, и блок управления, первые три выхода которого подключены соответственго но к управляющим входам аналого-цифровых преобразователей, первого и второго коммутаторов и управляющему входу сумы матора, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия при определении множества статистически% характеристик случайных сигналов, в кор-релометр введены первый и второй ре15 гистры числа, регистр команд, блок преоб разования позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, третий и четвертый коммутаторы и блок приоритета, первый вход которого является третьим входом

20 коррелометра, второй вхоц соецинен с четвертым выходом блока управления, а первый выход блока приоритета подключен к первому входу блока управления, пятый, шестой, сецьмой и восьмой выходы котс 25 рого соединены соответственно с первым входом блока элементов ИЛИ, со входом блока преобразования позиционного кода в двоичный, с первыми входами первого и второго регистра числа, выход блока

ЗО преобразования позиционного коца в двоичный соединен со вторым входом блока элементов ИЛИ, третий ахоп которого подключен к выходу третьего коммутатора, вход которого является четвертым входом

Ç5 коррелометра, выход блока элементов

ИЛИ через регистр команц подключен ко и . второму входу блока управления, второй выход блока приоритета подключен ко второму входу третьего коммутатора и

4р первому входу четвертогс коммутатора, второй вход которого соединен с выходом второго регистра числа, второй вход коФ торого подключен к выхопу блока памяти, второй вхоц первого регистра числа объг. 45 пинен с третьим входом бл ка элемент о4ЛИ и подключен к вьмопу . сумматор . выход первого регистра числа соединен третьими вхопами первого н второго коммутаторов, выход четвертого коммутатора

5п является выходом коррелометр а.

Вычисление математического ожидания (МО) свопится к преобразованию вх ного сигнала в дискретный отсчет.Дискре ный отсчет вхопного сигнала через один иэ коммутаторов 5 или 6 поступает на один иэ входов блока 7 умножения, на другой подается код равный единице. Ал ритм вычисления МО аналогичен вычислению КФ.

При установлении нулевого приоритет из БУ 11 коррелометр переходит в реж задания командных данных от внутренних органов управленйя, находящихся в БУ на лицевых панелях управления. Сигналы с командных переключателей БУ 11 поступают на блок 14 преобразования кодо и с выхода блока в виде командных данных через вторые входы блока 15 элементов ИЛИ поступают на регистр 1 командных данных. Далее работа коррелометра аналогична описанной.

Наличие в многофункциональном корре лометре дополнительных блоков, позволяющих автоматически вычислять функции, изменять вид вычисляемых функций и задавать их параметры по командам от . внешних устройств., позволит испольэовать многофункциональный коррелометр в системах автоматического управления, непрерывного технологического контроля и других системах, а также в качестве автономного прибора цля определения статистических характеристик случайных процессов.

Наличие в коррелометре цифрового

sxona для подключения различного рода устройств первичной обработки информаци по алгоритмам коррелометра, поэволяющи вести непосредственный (в темпе поступления) анализ потока цифровых цанных, расширяет функциональные в озможности коррелометра и информативность системь технологического к онтр оля.

Фор мула из обре тения

Многофункциональный цифровой коррел метр, содержащий первый и второй,аналого-цифровые преобразователи, первые входы которых являются соответственно первым и вторым аналоговыми входами коррелометра, выходы которых соответственно через первый и второй регистры соединены " первыми входами первого и

I второго коммутаторов, вторые входы которых подключены к выход блока памяти, 55 информационный и адресный входы которого подключены соответственно к выхопу первого коммутатора и к выходу сумматора, информационный вход которого соединен с

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Курочкин С. С. Многоканальные счетные системы и коррелометры, М., Энергия, 1972, с. 25 1-255.

2. Грибанов Ю. И. и др. Лвтоматические цифровые корреляторы, М., Энергия

197 1, с. 173-196 (прототип)..

826361

° Физ. i

Составитель В. Жовинский

Редактор С. Шевченко Техред Ж.Кастеневыч

Корректор С. Щомак

Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2574/84 Тираж 745

ВНИИПИ Государственного коМитета СССР по делам изобретений ы открытий

l13O36, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,. 4/5