Измеритель экстремумов временных интервалов

 

Изобретение относится к устройствам для определения моментов и значений экстремумов временных интервалов импульсных сигналов и их производных и может быть использовано при исследовании переходных процессов установления частоты в адаптивных системах и в других областях науки и техники. Целью изобретения является повышение быстродействия, повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Измеритель содержит элементы 1 - 3 совпадения, элемент 4 задержки, триггеры 7 - 9, счетчики 10, 11 импульсов, регистр 13, коммутатор 15, элемент ИЛИ 16, ждущий мультивибратор 17, генератор 18 эталонной частоты. Для достижения цели в измеритель введены элементы 5, 6 задержки, счетчик 12 импульсов, регистр 14, генератор 19 тактовой частоты и блок 20 производных. Работа измерителя основана на определении текущих значений периода повторения импульсов фиксации моментов и считывания значений экстремумов сигналов и их первых производных в значениях счетного периода генератора эталонной частоты. В измерителе приведены примеры выполнения генератора 19 и блока 20 производных. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s)>s G 04 F 10/04

ГОСУДАРСТВЕН-Ы Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

L;i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0, 3 4ъ

О (Я (Я

Фиг.1 (21) 4738464/21 (22) 18,09,89 (46) 30,08.91. Бюл. N. 32 (71) Научно-исследовательский институт вычислительной техники и информатики (72) В.В.Антонов и А,-К.К.Петровский (53) 621.317 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 789905, кл. G 01 R 29/02, 1977. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭКСТРЕМУМОВ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ (57) Изобретение относится к устройствам для определения моментов и значений экстремумов временных интервалов импульсных сигналов и их производных и может быть использовано при исследовании переходных процессов установления частоты в адаптивных системах и в других областях науки и техники. Целью изобретения явля„„Я2„„ 1674055 А1 ется повышение быстродействия, повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Измеритель содержит элементы 1 — 3 совпадения, элемент 4 задержки, триггеры 7 — 9, счетчики

10, 11 импульсов, регистр 13, коммутатор 15, элемент ИЛИ 16, ждущий мультивибратор

17, генератор 18 эталонной частоты. Для достижения цели в измеритель введены элементы 5, 6 задержки, счетчик 12 импульсов, регистр 14, генератор 19 тактовой частоты и блок 20 производных. Работа измерителя основана на определении текущих значений периода повторения импульсов фиксации моментов и считывания значений экстремумов сигналов и их первых производных в значениях счетного периода генератора эталонной частоты. В измерителе приведены примеры выполнения генератора 19 и блока 20 производных. 6 ил.

1674055

Изобретение относится к импульсной технике, предназначено для определения моментов и значений экстремумов временных интервалов импульсных сигналов и из производных и может быть использовано при исследовании переходных процессов установления частоты в адаптивных системах и в других областях науки и техники.

Целью изобретения является повышение быстродействия, повышение надежности за счет устранения погрешности начала счета и расширение функциональных возможностей за счет регистрации значений экстремумов первой производной сигнала.

На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема измерителя экстремумов временных интервалов; на фиг. 2 — пример выполнения блока производных; на фиг. 3, 4 — примеры выполнения реверсивных счетчиков; на фиг, 5 — пример выполнения блока солекции нулевых кодов, на фиг, 6 — пример выполнения блока вычитания.

Измеритель экстремумов временных интервалов (фиг. 1) содержит элементы 1—

3 совпадения, элементы 4 — 6 задержки, триггеры 7 — 9, счетчики 10 — 12 импульсов, регистры 13, 14, коммутатор 15, элемент

ИЛИ 16, ждущий мультивибратор 17, генератор 18 эталонной частоты, генератор 19 тактовой частоты, блок 20 производных, причем генератор 19 содержит счетные триггеры 21.1, 21.2, выходы которых подключены к входам элементов И 22.1 — 22.4 соответственно, Одни из входов элементов

1 — 3 совпадения соединены с первым входом элемента 4 задержки и входами генератора 18 и счетчика 12, выходы которого соединены с входами номеров экстремумов коммутатора 15, счетные входы счетчиков

10, 11 импульсов подключены к выходу генератора 18 и к счетному входу блока 20 производных, выходы переполнения которого через элемент ИЛИ 16 соединены с одними из входов триггеров 8, 9. Входы разрешения счета счетчиков 10, 11, управляющие входы коммута гора 15 соединены соответственно с другими входами элементов 1, 2 совпадения, с входами генератора

19 и с инверсным и прямым выходами триггера 7, входы которого соединены с выходами элементов I, 2 и с входами регистров 13, 14, а через элементы 5, 6 задержки — с входами установки счетчиков 10, 11. Другой вход триггера 8 соединен с выходом элемента 4 задержки, а выход триггера 8 через элемент 3 совпадения соединен с другим входом триггера 9, прямые и инверсные выходы которого соединены через ждущий мультивибратор 17 с одним из входов считывания коммутатора 15, информационные

55 входы которого соединены с выходами регистров 13, 14, другой вход считывания коммутатора 15 соединен с выходом селекции блока 20 производных, тактовые входы которого соединены через генератор 19 с выходами триггера 7, выход блокировки блока 20 соединен с вторым входом элемента 4 задержки.

Блок 20 производных (фиг, 2) содержит реверсивные счетчики 23.1... 23.4, буферные регистры 24.1... 24,2, блоки 25.1... 25.4 вычитания кодов, коммутатор 26 кодов, блок 27 селекции нулевых кодов.

Реверсивные счетчики 23.1 — 23.3 (фиг.

4) содержат элементы И 28.1, 28.2, реверсивный счетчик 29, инвертор 30, реверсивный счетчик 23.4 (фиг, 3) содержит элементы

И 28.1, 28.2, реверсивный счетчик 29, инвертор 30, делитель 31 частоты на два и триггер 32.

Блок 27 селекции нулевых кодов (фиг. 5) содержит элемент 33 равнозначности и одновибратор 34, Блок 25 вычитания кодов (фиг, 6) содержит триггеры 35.1, 35.2 знака, элементы

И 36, элементы И вЂ” НЕ 37, сумматор 38, элементы ИЛИ 39, Счетчик 12 — сдвоенный, первый счетчик

12.1 предустанавливается в начальное состояние минус одна единица счета, а второй счетчик 12,2 — минус две единицы счета.

Коммутатор 15 осуществляет передачу на средний выход код текущего, значения периода Т после каждой очередной его записи в регистр 13 или 14 четного, нечетного периода, а на верхние и нижние выходы подготавливает для последующего считывания коды предшествующих текущему значений периода Т>-, Tl-г и коды номеров экстремумов счетчиков t2. С выхода ждущего мультивибратора 17 кодов осуществляют считывание значений экстремумов сигналов

Тэ и их номеров N l, а с выходов блока 27 селекции нулевого кода — второй производной кодов перегибов сигнала Tnl и их номеров Nnl соответствующих экстремумам .первой производной, Подача предшествующих текущему значений периода Т -, Т - на коммутатор 15 обеспечивается благодаря сохранению предшествующей информации в регистрах 13, 14 в момент набора информации о текущем значении периода одним из счетчиков 10 или 11.

Буферные регистры 24 управляются положительным перепадом тактов 3Р генератора 19.

Генератор 19 предназначен для вырабатывания четырех тактовых серий импульсов, отстоящих друг относительно друга на величину текущего значения периода исследуе1674055 мой частоты по четыре такта и равных этим значениям периода. Триггер 21.1 и элемен-. ты И 22.1, 22.3 вырабатывают импульсы каждого первого и третьего тактов, а триггер

21.2 и элементы И 22.2, 22.4 — каждых второго и третьего тактов.

Блок 20 производных предназначен для определения значений первой и второй производных сигналов, вырабатывания импульсов переполнения, фиксирующих моменты экстремумов сигнала и селекции нулевых

10 значений экстремумов первой производной — перегибов изменений частоты регулирования, показывающих реальный уровень установления сигнала.

Измеритель экстремумов временных интервалов работает следующим образом.

В начальный момент времени триггеры

7 — 9, 21,1, 21,2, 32, счетчики 10 — 12, регист20 ры 13, 14, 24.1... 24.4, реверсивные счетчики

23.1... 23.4, триггеры 35.1. 35.2 знака импульсом сброса (цепь сброса на фиг. 1 не показана) устанавливаются в исходное состояние. При этом на выходах триггеров 8, 32, на прямых выходах триггеров 7, 9, 21,1, 21.2, 35.1, 35,2 устанавливается низкий уровень напряжения, а на инверсных выходах триггеров 7, 9, 21.1, 21.2 — высокий уровень, На выходах счетчиков 10, 11, 23.1... 23,4 и

25 регистров 13, 14, 24,1... 24.4 устанавливается нулевой код. На выходе счетчика 12.1 устанавливается код, соответствующий минус единице счета, а на выходе счетчика 12.2 — код, соответствующий минус двум едини30

35 цам счета от нулевого кода.

Тем же импульсом сброса выход генератора 18 запирается и счетные импульсы не проходят на счетные входы счетчиков 10, 11, 23.1... 23.4. В исходном состоянии на входе

40 разрешения счета счетчика 10 и на входе элемента 1 совпадения присутствует высокий уровень напряжения с инверсного выхода триггера 7, а на входе разрешения счета счетчика 11 и на выходе элемента 2

1 совпадения открыт, счетчик 10 готов к подсчету импульсов генератора 18, а элемент 2 совпадения закрыт и счетчик 11 заблокиро50 ван.

В начальный момент времени элемент 4 задержки заблокирован по входу с выхода блокировки блока 20 производных. Блокировка осуществляется низким уровнем с выхода триггера 32 реверсивного счетчика

23.4, который опрокидывается в противоположное исходному состояние вторым импульсом такта "-", соответствующим пятому импульсу на выходе измерителя. На выходе триггера 32 счетчика 23.4 блока 20 произсовпадения — низкий уровень с прямого вы- 45 хода триггера 7, В результате этого элемент водных появляется высокий уровень, разблокирующий элемент 4 задержки. Тем самым устраняются начальные ложные срабатывания триггеров 8, 9 и фиксация экстремумов ждущим мультивибратором 17.

После запуска переходного процесса в исследуемой адаптивной системе на вход измерителя экстремумов временных интервалов начинают поступать импульсы переходного процесса установления частоты.

Первый импульс переходного процесса, проходя через открытый элемент 1 совпадения на один из входов триггера 7, опрокидывает его в противоположное исходному состояние, на его прямом выходе появляется высокий уровень напряжения, а на инверсном — низкий. Элемент 1 совпадения и вход разрешения счета счетчика 10 блокируются, а элемент 2 совпадения и вход разрешения счета счетчика 11 разблокируются.

Первым импульсом переходного процесса открывается выход генератора 18, счетные импульсы которого начинают заполнять счетчик 11. Тем же импульсом с выхода элемента 1 совпадения в регистр 13 переписывается нулевой код с выхода счетчика 10, а через элемент 5 задержки сбрасывается счетчик 10.

Второй импульс переходного процесса, .проходя через открытый элемент 2 совпадения на другой вход триггера 7, возвращает

его в исходное состояние. Элемент 2 совпадения и вход разрешения счета счетчика 11 блокируются, а элемент 1 совпадения и вход разрешения счета счетчика 10 разблокируются, Счетчик 10 начинает заполняться счетными импульсами генератора 18 во втором исследуемом периоде. Тем же импульсом с выхода элемента 2 совпадения в регистр t4 переписывается код с выхода счетчика 11, соответствующий длительности первого периода исследуемой частоты, а через элемент задержки 6 счетчик 11 сбрасывается в исходное состояние.

Третий импульс переходного процесса, проходя, как и первый, через разблокированный элемент 1 совпадения, опрокидывает триггер 7 в противоположное исходному состояние. При этом элемент 1 совпадения блокируется, счетчик 10 прекращает подсчитывать импульсы генератора 18, элемент

2 совпадения разблокируется и счетчик 11 начинает вновь подсчитывать счетные им-. пульсы генератора 18 в третьем исследуемом периоде в то время, как в регистре 14 зафиксирован код, соответствующий длительности первого периода. Тем же третьим импульсам с выхода элемента 1 совпадения в регистр 13 переписывается код второго периода с выхода счетчика 10; а через эле1674055 мент 5 задержки счетчик 10 сбрасывается в исходное состояние.

В регистрах 13, 14 осуществляется пространственное разделение значений четных и нечетных периодов, повышающее быстродействие измерителя. экстремумов с учетом временного разнесения операций записи и считывания. Длительность временного разнесения в элементах 5. 6 определяется длительностью записи в регистры 13, 14 и опрокидывания триггера 7 независимо от длительности импульсов переходного процесса. Это исключает погрешность начала счета счетчиков 10, 11 и последующую запись искаженной информации в регистры

13, 14.

Импульсы переполнения счетчиков 23, проходя через элемент ИЛИ 16, не вызывают изменения исходного состояния триггеров 8, 9. Третий, задержанный в элементе 4, импульс с входа измерителя опрокидывает триггер 8 в противоположное исходному состояние. Появившийся на выходе триггера 8 высокий уровень напряжения открывает элемент 3 совпадения. Очередной импульс переполнения с выхода элемента ИЛИ 16 возвращает триггер 8 в исходное состояние, закрывая элемент 3 совпадения.

После достижения первого максимального значения периода (экстремума) импульсы переполнения с выхода элемента

ИЛИ 16 прекращают поступать на входы триггеров 8, 9. Очередным импульсом с входа измерителя через открытый элемент 3 совпадения триггер 9 опрокидывается в противоположное исходному состояние.

Положительным перепадом напряжения с его прямого выхода запускается ждущий мультивибратор 17, вырабатывающий импульс считывания кодов значения экстремума Т 1 и его номера N:.>< в коммутаторе 15, соответствующий коду предшествующего текущему значения периода Ti-1.

После достижения первого минимального значения периода первым импульсом переполнения с выхода элемента ИЛИ 16 триггеры 8, 9 опрокидываются в исходное состояние. Элемент 3 совпадения закрывается, а положительным перепадом напряжения с инверсного выхода триггера 10 запускается ждущий мультивибратор 17, вырабатывающий импульс считывания кодов значения экстремума Т и его номера и р в коммутаторе 15, соответствующий коду предшествующего текущему значения периода.

Таким. образом осуществляется определение и считывание максимальных и минимальных экстремумов сигналов.

Генератор 19 имеет два счетных тригге, ра 21.1, 21.2 для устранения задержки прохождения фронта импульсов с выходов триггера 7. Вследствие задержки фронта

5 спад этих импульсов смещен относительно спадов импульсов триггера 7. Совпадение в элементах 22.1... 22.4 осуществляется, поэтому не по передней части импульсов, а по задней, Генератор 19 управляет последо10 вательностью суммирования, вычитания и сброса реверсивных счетчиков 23.1... 23,4, записи в регистры 24.1... 24,4, сброса триггеров 35.1, 35,2 знака в блоках 25 вычитания кодов, выборки результата (величины вто15 рой производной) коммутатором 26 блока 20 производных.

В счетчике 23.1 в течение первых тактов происходит суммирование счетных импульсов генератора 18, а затем в течение вторых

20 тактов вычитание счетных импульсов. Разностный код с выхода счетчика 23.1 в течение третьих тактов перезаписывается в регистр 24. Четвертыми тактами осуществляется сброс счетчика 23.1 в исходное состо25 яние.

Операции суммирования, вычитания, сброса остальных реверсивных счетчиков

23.2 — 23,4 и записи в остальные регистры

24 осуществляются со сдвигом на один такт

30 вперед для каждых последующих реверсивных счетчиков 23 и регистров 24, значения со. вторых, в последовательности: суммирование, вычитание, запись, сброс, Значение разностного кода с выходов

35 счетчиков 23 и регистров 24 соответствует значениям первой производственной сигнала, а знак разностного кода определяется сигналами переполнения счетчиков 23. Выборка прямого и обратного кодов разности

40 производится в блоках 25 вычитания элементами совпадения соответственно: элементы 36 — поразрядно без инверсии; элементы 37 — поразрядно с инверсией.

Прохождение прямого и обратного кодов на

45 входы сумматора 38 осуществляется через элементы ИЛИ 39 поразрядно. В исходном состоянии, после общего сброса триггеров

35,1, 35,2 знака, вычитаемое передается через элементы ИЛИ 39 на одну группу

50 входов сумматора 38 в прямом коде, а вы- читающее — на его другую группу входов в обратном порядке, При появлении импульса переполнения на выходе реверсивных счетчиков 23 вычитаемого и вычитающего

55 триггеры 35,1, 35.2 опрокидываются в противоположное исходному состояние, так что обратный код с выхода реверсивного счетчика 23 вычитаемого инвертируется в прямой, а обратный код с выхода реверсивного счетчика 23 вычитания кодов.

1674055

5

30

40

Таким образом осуществляется правильная работа вычитателей и всего измерителя в целом.

На выходах блоков 25 вычитания формируются текущие значения раэностного кода, соответствующие значениям второй производной сигнала. Выборка значений раэностного кода с выходов блоков 25 вычитания осуществляется тактовым коммутатором 26. Выборка значений разностного кода в коммутаторе 26 начинается с каждого четвертого такта и завершается каждым третьим тактом, поскольку процесс вычитания кодов в первом блоке 25 начинается после записи во второй регистр 24 (т,е. кажым четвертым тактом), а процесс вычитания кодов в каждом последующем блоке 25 производится со сдвигом на один такт вперед.

Ступенчатые значения разностного кода с выхода тактового коммутатора в блоке 27 селекции сравниваются с нулевым кодом. В случае их совпадения с нулевым кодом на выходе блока 27 селекции нулевых кодов вырабатывается импульс считывания кодов значения перегиба Tnt u его номера Йм сигнала с нижних выходов коммутатора 15.

Значение кодов Тп соответствует коду периода Ti-г и определяется начиная с начального четвертого такта генератора 19, Ложные срабатывания блока 27 селекции нулевых кодов до пятого такта не происходят, поскольку запуск одновибратора 34 осуществляется отрицательным перепадом.

Положительные значения второй проиэводной (положительный угол наклона) сигнала передаются с выхода тактового коммутатора 26 в обратном коде, а отрицательные (отрицательный угол наклона) — в прямом.

Таким образом, данный измеритель экстремумов временных интервалов определяет текущие значения периода, значения экстремумов первого и второго рода, моменты. значения интервалов и их номера, соответствующие экстремумам, обеспечи.вает измерение не только текущего значения периода, но и экстремумов первого и второго рода, значения и номера периода, соответствующие экстремумам, по сравнению с известными обеспечивает более высокое быстродействие, устраняется погрешность начала измерения периода, т.е. повышается надежность, имеет более широкие функциональные возможности в определении значений и моментов экстремомов второго рода.

Формула изобретения

Измеритель экстремумов временных интервалов, содержащий первый регистр, первый, второй и третий элементы совпаде; ния, первые входы которых подключены к входной шине и к первому входу первого элемента задержки, выходы первого и второго элементов совпадения подключены к входам первого триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом первого элемента совпадения, с выходом разрешения первого счетчика импульсов и с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с входом разрешения второго счетчика импульсов, с вторым входом второго элемента совпадения и с прямым выходом первого триггера, выход первого элемента задержки подключен к первому входу второго триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента совпадения, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с вторым входом второго триггера и с выходом элемента ИЛИ, прямой и инверс-. ный выходы третьего триггера подключены через ждущий мультивибратор с первым входом считывания коммутатора, счетные входы первого и второго счетчиков импульсов подключены к выходу генератора эталонной частоты, о тл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, повышения надежности и расширения функциональных возможностей, в него введены второй и третий элементы задержки, третий счетчик импульсов, второй регистр, генератор тактовой частоты и блок производных, причем выход первого элемента совпадения подключен к входу записи первого регистра и через второй элемент задержки — к установочному входу первого счетчика импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к входу записи второго регистра и через третий элемент задержки — к установочному входу второго счетчика импульсов, выходы первого и второго счетчиков импульсов соединены соответственно с входами первого и второго регистров, выходы которых подключены к информационным входам коммутатора, входы номеров экстремумов которого соединены через третий счетчик импульсов с входной шиной и с входом генератора эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу блока производных, тактовые входы которого подключены через генератор тактовой частоты к прямому и инверсному выходам первого триггера, а второй вход считывания коммутатора подключен к выходу селекции блока производных, выход блокировки которого соединен с вторым входом первого элемента задержки, а выходы перечолнения блока производных подключены к входам элемента ИЛИ.

1674055

1674055

&чишае ае

Сигюгпгр рррр. счел дающей .юо йг//аю лгр рнера с ю

/Ж/Фдй7ЮЩ

Вцчапаааее

Составитель Р. Матвеева

Редактор О. Спесивых Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М. Кучерявая

Заказ 2919 Тираж 259 Подписное

В НИИПИ Государс гвен ного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издател ьский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101