Стохастический преобразователь аналог-код

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Рвспублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250680 (21) 2924620/18-21 (51) М.Кл з

Н 03 К 13(20 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет.

СССР ио делан изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070382. Бюллетень ¹ 9

Рз!УДК681. 325 (088.8) Дата опубликования описания 0> ° 03 (72) Авторы изобретения

Т.A.Àëèåâ и P.N.Êàñóìoâ

Институт кибернетики AH Азербайджанской (71) Заявитель (54) СТОХАСТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

АНАЛОГ-КОД

Изобретение относится к вычисли тельной технике и может; быть исполь- .. зовано для йзмерения аналоговых величин и их математического ожидания.

Известен стохастический преобразователь аналог-код, содержащий аналоговый блок умножения, аналоговый элемент памяти, генератор импульсов, делитель частоты, элемент сравнения, два элемента И, два реверсивных счетчика, преобразователь код-напряжение, ыесть ключей и два переключателя (1).

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет определить математическое ожидание только в том случае, если входной сигнал удовлетворяет условиям стационарности

Известен также стохастический преобразователь аналог-код, содержащий блок сравнения, вход которого через преобразователь код-напряжение соединен с выходами реверсивно- 25

zo счетчика, а два выхода соединены соответственно с первыми входами двух элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов (2).

Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно- не позволяет определить математическое ожидание для нестационарных сигналов.

Цель изобретения — расширение функцнонапьных возможностей.

Укаэанная цель достигается тем что в стохастический преобразователь анадог,-код, содержащий блок сравнения, вход которого через пре" образователь код-напряжение соединен с выходами реверсивного счетчика, а два выхода соединены соответственно с первыми входами двух элементов

И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсовт введены реверсивный счетчик с управляемым коэффициентом пересчета, два RS"Tðèããåðû, четыре формирователя, три элемента ИЛИ, регистр сдвига, блок задержки и три переключателя, причем выходы первого и второго элементов И соответственно через первый и второй контакты первого переключателя подключены ко входам реверсивного счетчика с управляеьйям коэффициентом пересчета, счет" ные выходы которого через третий и четвертый контакты первого переклю911724 чателя соединены со входами реверсивного счетчика и с R u S-входами первого RS-триггера,- выходы которого через первый и второй формирователи соединены со входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу увеличения коэффициента пересчета реверсивного счетчика с управляемьвю коэффициентом пересчета, выходы которого через второй переключатель соединены со,входами второго элемента ИЛИ и R u Sвходами второго RS-триггера, выходы которого через третий и четвертый формирователи соединены с первым и вторым входами третьего элемента

ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу регистра сдвига, -выходы которого через третий переклю чатель соединены со входами уменьшения коэффициента пересчета реверсивного счетчика с управляеьым коэффициентом пересчета и блока задержки, выход которого. соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, а выход второго элемента ИЛИ подключен .к сдвигающему входу регистра сдвига.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - структурная электрическая схема реверсивного счетчика с управляеьым коэффициентом пересчета.

Устройство содержит блок. 1 сравнения, генератор 2 импульсов, реверсивный счетчик 3, преобразователь 4 код-напряжение, элементы И 5 и 6, реверсивный счетчик 7 с управляемым коэффициентом пересчета, блок автоматического увеличения коэффициента пересчета этого счетчика, состоящий из RS-триггера 8, формирователей 9 и 10, элемента ИЛИ 11, блок автоматического уменьшения коэффициента пересчета,.состоящий из регистра 12 сдвига, элемента ИЛИ 13, RS-триггера 14, формирователей 15 и 16, элемента ИЛИ 17, переключатели 18-20, блок 21 задержки, реверсивный счетчик 7 с управляемым коэффициентом . пересчета содержит двоичный реверсивный счетчик 22, триггер 23 зна, ка, регистр 24 сдвига, элементы И

25 - 37, элементы ИЛИ 38-40 и блок

41 задержки. (1. при x(t) - U„p;

1 0 при х(t) — U<. 0;

10 где x(t) — входной аналоговый сигналу

U — напряжение на выходе х преобразователя код-напряжение.

Таким образом, когда входная аналоговая величина- x(t) окажется больше содержимого счетчика 3, то блок

1 вырабатывает сигнал, который открывает элемент И 5, и сигналы с генератора 2, проходя через элемент И

5 и переключатель 20, поступают на вход сложения реверсивного счетчика

3, увеличивая его содержимое на единицу в каждом шаге преобразования.

Если же аналоговая величина окажется меньше содержимого реверсивного счетчика 3, то блок 1, в результате сравнения х(Q с U большим, чем

x (tj ), вырабатывает сигнал g, который открывает элемент И 6, и импульс с генератора 2 через элемент Й

6 и переключатель 20 поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 3, уменьшая его содержимое на единицу. Прн равенстве аналоговой

35 величины содержимому реверсивного счетчика 3 блок 1 закрывает элементы И 5 и 6, прекращая поступление импульсов с генератора 2 на вход реверсивного. счетчика 3. При таком

40 функционировании устройства содержимое реверсивного счетчика 3 в каждом шаге дискретизации входного сигнала представляет собой значение . входной аналоговой переменной в циф45 ровой. форме.

Во втором режиме устройство определяет оценку математьческого ожидания входного аналогового сигнала в .текущий момент времени.

При этом переключатель 20 находится в нйжнем положении, т. е. выходы элементов И 5 и 6,подключены на входы реверсивного счетчика 7.

Устройство в этом режиме работает следующим образом.

Блок 1 в каждом шаге дискретизации входного сигнала x(t) сравнивает . его с линейно-компенсирующим напряжением 0 . Если х(„) 7 Ug(t ") блок 1 открывает элемент И 5 и к н-60 содержимому реверсивного. счетчика 7 прибавится единица, При х(1 ) < U<(tq) блок 1 открывает. элемент И 6, и от содержимого. реверсивного счетчика

7 вычитается единица» При х(с )

65 = Ux(t ) блок 1. вырабатывает сигнаВ устройстве предусмотрены -три режима работы. Выбор режима осуществляется пвреключателем 20. В первом режиме производится преобразование входной аналоговой величины в цицеро вой код. В этом режиме переключа« тель 20 устанавливается в верхнее положение, при котором выходы элеме тов-И 5 и 6 подключаются непосредственно ко входам счетчика 3.

При этом аналоговая переменная

x(t) поступает на вход блока 1, на второй вход которого посту пает линейно-ступенчатое компенсирующее напряжение от преобразователя 4. В режиме слежения в произвольный момент времени t блок 1 вы1 рабатывает сигналы Ч .(и pg (1 при x(t;) — Uy 0.

" = 0 при x (t ..) - U x . + 0

4 К(911724

Ч = Ч = О, т. е. элементы И 5 и

6 закрыты, и содержимое реверсивного счетчика 7 не изменяется. Этот процесс повторяется в каждом шаге измерения. При этом, если содержимое реверсивного счетчика 3 меньше математического ожидания т)(, то эа отрезок времени t вероятность появления мо ментов, когда U (t )-а х(„.), становится значительно больше, чем вероятность появления моментов, когда

Ug(t<) v x(t ). Количество импульсов, которые поступают с генератора 2 через элемент И 5 на вход сложения реверсивного счетчика 7 также значительно больше, чем количество импульсов, поступающих с генератора 2 через элемент И б-на вход вычитания. реверсивного счетчика 7. Благодаря этому через определенное. количество тактов происходит переполнение реверсивного счетчика 7. В результате на выходе. реверсивного счетчика 7 по является сигнал, который прибавляет единицу к содержимому реверсивного счетчика 3. Если содержимое реверсивного счетчика 3 вновь меньше математического ожидания, то вышеописанный процесс повторяется до тех пор, пока оно не становится равным математическому. ожиданию, входного сигнала x(t ). Если -же. содержимое реверсивного счетчика 3 больше математического ожидания m переменной

x(t -), то при сравнении U„(t„) с х(t-) вероятность появленйя момен4 тов, когда U<(„) > х(„"), значительно больше, чем вероятность появлення моментов, когда U<(e„ )i. х(„). Следовательно, в, этом случае количество импульсов, поступающих через элемент И 6 на вход . вычитания реверсивного счетчика 7, больше,. чем количество импульсов, поступающих. через элемент И 5 на вход сложения. При этом импульс переполнения вычитает из содержимого реверсивного счетчика .3 единицу. Это уменьшение происходит до тех пор, пока содержимое реверсивного счетчика 3 не становится равно математическому ожиданию переменной x(t ).

Когда содержимое реверсивного счетчика 3 становится равно математическому ожиданию входной переменной

x(t ), то положительных н отрица" тельных переполнений на реверсивном счетчике 7 не происходит, так как число моментов, когда x(Q ) 2 U (t< ), и моментов, когда x(t<) c Ug(t„) равно. В устройстве в начале работы коэффициент пересчета реверсивного счетчика 7 для быстрого достижения искомого значения x(t ) устанавливается минимальным. При этом на реверсивном счетчике 3 происходит быстрое отыскание. грубой оценки тх. но содержимое счетчика 3, то увели- / чиваясь, то уменьшаясь, изменяется вокруг. истинного значения искомой оценки. Изменение. знака переполненйя. реверсивного счетчика 7 принимается за признак недостаточности его раз« рядности. СиГналы; получаемые с выхода реверсивного счетчика 7, подаются ко входам установки. единицы и н1 ля триггера 8. При этом, если после переполнения. с положительным знаком, когда триггер 8: устанавливается.в положение 1, происходит переполнение с отрицательным знаком или наоборот, после- отрицательного переполнеиия происходит положительное, то триггер 8 меняет. свое состояние и на его. гыходе формирователем.

9 или .10 формируется сигнал, кото" рый, проходя через элемент ЙЛИ 11, воздействует: на реверсивный счетчик

7, увеличивая его разрядность на один разряд. Таким образом, при каж20 дом изменении знака переполнения реверсивного счетчика 7 устройство обеспечивает увеличение его. разряд" ности на один разряд, а это, в свою очередь, увеличивает время переполр5 нения реверсивного счетчика 7. Следовательно, увеличивается и время, за которое подсчитывается количество отсчетов, больших и меньших, чем найденная оценка. С увеличением это" го времени уменьшается вероятность. ошибочного переполнения реверсивного счетчика 7. Поэтому не происходит ошибочного изменения значения реверсивного счетчика 3, выражающего искомую оценку.

Если процесс является нестацио нарным,необходимо,чтобы в моменты ,изменения значения математического ожидания для обеспечения быстрой коррекции ранее найденной оценки коэффициент пересчета реверсивного счетчика 7 автоматически уменьшался.

Для этого в . устройстве предусмотрен третий режим, который дает возможность автоматического уменьше45 ния коэффициента пересчета, т. е. разрядности реверсивного счетчика 7, в моменты, когда изменяется значение математического ожидания. Уменьшение разрядности реверсивного счетчика 7 производится.при неоднократном переполнении содержимого некоторого количества его младших разрядов. При этом подсчитываются только количества подряд идущих переполнений одного зна а. Если знак п репо нения младших разрядов счетчика 7 и=.меняется хоть один раз, то подсчет начинается снова, количество млад ших разрядов, с которых снимается сигнал переполнения, выбирается пе60 реключателем 18. Количество подряд идущих переполнений одного и того ,же знака подсчитывается в регистре

12 и выбирается переключателем 19.

В начале работы устройства первый разряд регистра 1-2 устанавливается

911724

Формула изобретения

5О

SS ао

65 р единичное положение, все остальные разряды регистра 12, а также ревер-, сивный счетчик 7 и триггер 14 устанавливаются в положение О . В процессе обработки, когда изменяется математическое ожидание входного сигнала, разность x(t„) — U„(t ) не меняет своего знака в течение некоторого времени t. Эа. этот промежуток времени в открытом состоянии находится только один из элементов И 5 или 6. На вход счетчика 7 поступают толькр сигналы, увеличивающие его содержимое или только уменьшающие. При этом сигналы переполнения появляются только на одном выходе переключателя 18, подключенного к выходам одного из младших разрядов реверсивного счетчика 7.

В результате этого триггер 14 не изменяет своего состояния и, следовательно, на его выходе не возникает перепад напряжения, и не происходит установка регистра 12 сдвиг га в исходное состояние. Таким образом, сигнал от переполнения некоторого количества младших разрядов одного и того же знака, проходя через переключатель 18 и элемент ИЛИ

13,. поступает на вход сдвига регистра 12, осуществляя в нем каждый раз сдвиг единицы на один разряд влево. Каждый раз, когда эта сдвигаемая единица достигнет контакта переключателя 19, сигнал, получаемый на его выходе, производит уменьшение коэффициента пересчета реверсивного счетчика 7 и далее, проходя через блок 21 и элемент ИЛИ 17, осуществляет установку в исходное положение регистра 12. Каждый раэ при изменении значения математического ожидания уменьшается коэффициент пересчета реверсивного счетчика 7, что приводит к уменьшению времени переполнения реверсивного счетчика 1 и обеспечивает быструю корректировку значения реверсивного счетчика 3. Когда содержимое реверсивного счетчика 3 равно грубой оценке. нового значения математического ожидания, устройство вновь аналогично второму режиму увеличивает разрядность реверсивного счетчика 7 и корректирует это значение до тех пор, пока оно не становится равным новой искомой оценке математического ожидания.

В реверсивном счетчике 22 в йроцессе обработки производится либо суммирование, либо вычитание единичных импульсов, вырабатываемых в зависимости от знака разности х(1„ ) - U<(t;) и знака содержимого реверсивного счетчика 22. При этом знак содержимого реверсивного счетчика .22 фиксируется в триггере 23.

Единичные выходы каждого разряда реверсивного счетчика 22 через соот8 ветствующие элементы И 29 — 32, элемент ИЛИ 40 и элементы И 33 — 34 подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 3. Вторые входы элементов И 29 — 32 подключены к выходам соответствующих разрядов регистра 24. В начале работы первый разряд регистра 24 устанавливается в единичное положение. а все остальные разряды — в

1© "

Сдвиг этой единицы вправо в регистре 24 производится сигналом с выхода элемента ИЛИ li, вырабатываемым при изменении знака переноса, подаваемого на вход реверсивного

15 счетчика 3. Сдвиг единицы влево в регистре 24 сдвига производится сигналом с выхода переключателя 19, вырабатываемого при поступлении заданного количества подряд идущих

Щ переполнений с выхода заданного количества младших разрядов реверсивного счетчика 22. Благодаря такой органиэации к входам реверсивного счетчика 3 оказывается подключенным д5 тот разряд реверсивного счетчика 22, который открывается соответствующим разрядом регистра 24, находящимся в единичном положении.

Таким образом, в процессе обработ ® ки информации обеспечивается автоматическое увеличение и уменьшение разрядности реверсивного счетчика 22.

Предлагаемое устройство позволяет сократить сроки и затраты, необходимые для автоматизации определения оценок статистических характеристик случайных сигналов s реальном масштабе времени.

Стохастический преобразователь аналог-код, содержащий блок сравнения, вход которого через преобразователь код-напряжение соединен с выходами реверсивного счетчика, а два выхода соединены соответственно с первыми входами двух элементов

И, вторые входы которых соединены с выходом генератора импульсов,. о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него введены реверснвный счетчик с управляемым коэффициентом пересчета,два RB-триггеры, четыре формирователя, три элемента

ИЛИ, регистр сдвига, блок задержки и три переключателя, причем выходы первого и второго элементов И соответственно через первый и второй контакты первого переключателя подключены ко входам реверсивного счетчика с управляемым коэффициентом пересчета, счетные выходы которого через третий и четвертый контакты-пер.

911724

ВНИИПИ Заказ 1148/50 Тираж 954 Подписное

««

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4 вого переключателя соединены со входами реверсивного счетчика и с R- u

S-входами первого RS-триггера, выходы которого через первый и второй формирователи. соединены .со входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу увеличения коэффициента пересчета реверсивного счетчика с управляемым коэФфициентом пересчета, выходы которого через второй переключатель.соединенй со входамн второго элемента. ИЛИ и R u S-аходами второго RS-триггера, выходы которого через третий и четвертый формирователи соединены с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу регистра сдвига, выходы которого через третий переключатель соединены со входами уменьшения коэф" фицнента пересчета реверснвного счетчика с управляемым коэффициентом пересчета и блока задержки, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, а выход второго элемента ИЛИ подключен к сдвнгаюжему входу регистра сдвига.

16 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 571898, кл. Н 03. K 13/20, 1917.

2. Темников Ф.Е. и др. Теоретические основы информационной техники. И., Энергия, 1971, с. 1.14> рн с. 3» - 188 (прототип) °