Устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала

 

Использование: в информационно-измерительной технике для оценки параметров быстропротекающих процессов. Сущность изобретения: устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, тактовый генератор 2, счетчик количества выборок из сигнала 3, основной запоминающий блок 4, дополнительный запоминающий блок 5, регистр памяти 6, цифровой компаратор 7, мультиплексор 8, блок индикации 9. Устройство обладает повышенным быстродействием при измерении импульсных сигналов сложных форм. 2-1-6-7-6-8-4-9, 1-3-8-4-9, 3-8-9, 3-5, 1-4, 1-5, 1-7. 2 ил

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к устройствам для регистрации и анализа импульсных аналоговых сигналов и может быть использовано для оценки параметров быстропротекающих процессов. В устройстве исключена возможность регистрации аддитивных помех, проявляющихся в виде локальных экстремумов.

Известно устройство [I] для определения экстремумов, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП), элемент задержки, элемент И и ИЛИ, запоминающий регистр, арифметико-логический блок, датчик добавочного кода, блок сравнения и регистр. Недостатками устройства [I] являются неудовлетворительное быстродействие, сложность. Кроме того, устройство [I] будет фиксировать все локальные экстремумы, не сохраняя при этом информацию о кодах предыдущих выборок.

Известно устройство выделения экстремумов сигнала, содержащее АЦП, регистр памяти, цифровой компаратор, элементы ИЛИ, элемент И, R-S триггеры, формирователь импульсов [2] Выделение экстремума в данном устройстве осуществляется за счет сравнения цифрового кода выборки предыдущего такта, записанного в регистре, с последующим, поступающим с АЦП. Устройство [2] нe позволяет осуществлять фиксацию номера выборки, соответствующей каждому экстремуму, и это ограничивает его функциональные возможности.

Известно устройство для определения параметров, содержащее нуль-орган, генератор импульсов, счетчики, блоки памяти, реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), элементы И и ИЛИ, триггеры [3] В данном устройстве осуществляется следящее аналого-цифровое преобразование сигнала с помощью ЦАП, что является основным препятствием повышения быстродействия. Следующими недостатками устройства [3] является сложность и отсутствие возможности регистрировать все выборки из сигнала, т.е. его форму.

Повышение быстродействия осуществлено в устройстве [4] выбранном заявителем в качестве прототипа, где в цифровом пиковом детекторе полностью исключены операции сравнения и перезаписи кодов выборок. Устройство [4] содержит АЦП, выход которого соединен с информационным вводом регистра памяти и вторым вводом компаратора кода, аналоговый компаратор, второй вход которого подключен к входу детектора, а выход к входу одновибратора, линию задержки, через которую вводной сигнал поступает как на вход АЦП, так и на первый вход аналогового компаратора через элемент смещения, причем выход одновибратора подключен к входу стробирования АЦП, в состав устройства входят также селектор, компаратор кодов, блок управления и индикации. Недостатком описанного устройства является необходимость в априорной информации о длительности и форме исследуемого сигнала. Кроме того, будут регистрироваться все локальные экстремумы, выбор из которых основного максимума будет представлять собой отдельную задачу.

Наиболее близким техническим решением к данному предложению является устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационные выходы которого соединены с первым входом цифрового компаратора и с входом регистра памяти, и блок индикации [4] Неудовлетворительное быстродействие в случае определения максимального значения сигнала сложной формы, имеющего несколько экстремумов, является его недостатком.

Таким образом, в настоящее время устройства для определения максимального значения импульсного аналогового сигнала, удовлетворяющего совокупности требований как по быстродействию и точности, так и по функциональным возможностям, которое было бы достаточно простым и надежным, не обнаружено.

Технический результат, достигаемый изобретением повышение быстродействия устройства. Указанный результат в устройстве для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала, содержащем АЦП, информационные входы которого соединены первым входом цифрового компаратора и со входом регистра памяти, и блок индикации достигается тем, что в устройство введены тактовый генератор, счетчик количества выборок из сигнала, основной запоминающий блок, дополнительный запоминающий блок и мультиплексор, при этом информационные выходы АЦП соединены с информационными входами дополнительного запоминающего блока, выход которого является информационным выходом устройства, и с первым входом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом регистра памяти и со вторым входом цифрового компаратора, выход мультиплексора соединен с адресными входами основного запоминающего блока и с первым входом блока индикации, а выход счетчика количества выборок из сигнала соединен с входом ЧТЕНИЕ устройства, с адресными входами дополнительного запоминающего блока и с информационными входами основного запоминающего блока, информационные выходы которого соединены со вторым входом блока индикации, выход тактового генератора соединен с тактовым входом АЦП, выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации основного и дополнительного запоминающих блоков и с входом счетчика выборок из сигнала, выход "переполнение" которого соединен со входами " запись / считывание" основного и дополнительного запоминающих блоков, управляющими входами мультиплексора и блока индикации, выход цифрового компаратора соединен с управляющими входами регистра памяти, установочные входы счетчика выборок и тактового генератора соединены со входом " Сброс " устройства, а пусковой вход тактового генератора соединен со входом " Пуск " устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что определение максимума осуществляется в процессе аналого-цифрового преобразования и записи кодов выборок в запоминающее устройство, причем инверсия функционального назначения адресных и информационных входов ЗУ именно в совокупности с пиковым детектором (выполненном на регистре памяти и цифровом компараторе) позволяет зафиксировать коды, соответствующие максимальному значению сигнала и его временному положению сразу после заполнения ЗУ. Преимущества инверсии групп входов ЗУ проявляется только при включении в состав устройства пикового детектора (регистра памяти и компаратора), определяющего тот максимальный адрес, в к котором записана информация о номере выборки с этим максимальным значением, что исключает необходимость введения дополнительных операций поиска этого максимума.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг 1, на фиг. 2 диаграммы сигналов в указанных точках схемы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит АЦП 1, тактовый генератор 2, счетчик количества выборок из сигнала 3, основной запоминающий блок 4, дополнительный запоминающий блок 5, регистр памяти 6, цифровой компаратор 7, мультиплексор 8, блок индикации 9. Вход АЦП является входом устройства. Частота взятия выборок из аналогового сигнала определяет его верхнюю граничную частоту, а количество выборок из сигнала его длительность. Объем счетчика 3 определяется длительностью сигнала (или "кадра"), количество адресных шин блока 4 и количество информационных шин блока 5 определяется разрядностью АЦП 1, а количество информационных шин блока 4 и количество разрядных шин блока 5 - количеством выборок из сигнала.

Все составные части устройства могут быть выполнены на стандартных микросхемах: АЦП 1 КII08ПВI, запоминающие блоки 4 и 5 КР 537 РУ 8 счетчик 3-КРI533 ИЕ 7, регистр 6-КРI533 ИР 23, цифровой компаратор 7 КР 1533 ИЕ 7, регистр 6 КР 1533 ИР 23, цифровой компаратор 7 КР 1533 СП 1, мультиплексор 8 КР 1533 КП 11, генератор 2-К 155АГ 3, блок индикации 9 - К155 ИД 9.

Работа предлагаемого устройства начинается с подачи импульса ПУСК, который запускает тактовый генератор 2 и АЦП 1 осуществляет преобразование входного сигнала в цифровые коды. Коды выборок поступают с тактовой частотой АЦП в запоминающие блоки 4 и 5, причем в основном запоминающем блоке 4 производится запись информации о порядковом номере выборки в адреса, определяемые кодом выборок с выборок АЦП 1, а в дополнительном запоминающем блоке 5 производится запись информации о выборках из сигнала в порядке увеличения номера выборки, определяемого счетчиком 3. Коды с выхода АЦП поступают на запоминающий блок 4 через мультиплексор 8. Кроме того, с выхода АЦП 1 код исследуемого сигнала поступает на входы цифрового компаратора 7 и информационные входы регистра 6 памяти. Если числовое значение кода с выхода АЦП превышает значение кода числа, хранящегося в регистре 6, то на выходе А>В цифрового компаратора 7 устанавливается потенциал логической "I", который поступает на вход управления регистра 6, куда и осуществляется запись этого числа. После записи указанного кода в регистр 6 на выходе А>В цифрового компаратора 7 устанавливается потенциал логического нуля, который снова переводит регистр 6 в режим хранения числа до следующего такта работы устройства. В результате, по окончании регистрации всего сигнала, в регистре 6 будет записан код числа, соответствующего максимальному значению этого сигнала. Процесс регистрации заканчивается при переполнении счетчика 3, когда на его выходе переполнения Р появляется логический сигнал, который стробирует блок индикации 9, который переводит запоминающие блоки 4 и 5 в режим вывода информации и переключает мультиплексор 8 так, что код с выхода регистра 6 поступает на адресные входы запоминающего блока 4 и на блок индикации 9. В итоге из блока 4 считывается и поступает на блок индикации номер выборки, соответствующей максимальному значению сигнала.

В дополнительном запоминающем блоке 5 содержится информация о всех выборках из сигнала, которая может быть использована при обработке сигнала на ЭВМ. Эта информация о сигнале, в случае известного максимума, может быть нормирована по амплитуде, могут быть определены временные параметры сигнала и т.д. что расширяет функциональные возможности устройства. Чтение этой информации из ЗУ 5 производится внешними адресными кодами ЧТЕНИЕ, которые поступают, например от ЭВМ после окончания работы устройства до его возвращения в исходное состояние сигналов СБРОС.

Предлагаемое устройство, как минимум, в К раз более быстродействующее, чем прототип (К-количество локальных максимумов в сигнале), обладает расширенными функциональными возможностями и позволяет определить местоположение и значение максимума-максиморума сигнала, исключив локальные максимумы, которые могут быть вызваны, например наложением помех на исследуемый сигнал.

Следует отметить, что для регистрации местоположения и значения параметров минимума сигнала в предлагаемом устройстве достаточно перейти к инверсным кодам на выходе АЦП.

Формула изобретения

Устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационные выходы которого соединены с первым входом цифрового компаратора и с входом регистра памяти, и блок индикации, отличающееся тем, что в него введены тактовый генератор, счетчик количества выборок из сигнала, основной и дополнительный запоминающие блоки и мультиплексор, при этом информационный выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами дополнительного запоминающего блока, выход которого является информационным выходом устройства, и первым входом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом регистра памяти и с вторым входом цифрового компаратора, выход мультиплексора соединен с адресными входами основного запоминающего устройства и первым входом блока индикации, а выход счетчика количества выборок из сигнала соединен с входом "Чтение" устройства, с адресными входами дополнительного запоминающего блока и с информационными входами основного запоминающего блока, информационные выходы которого соединены с вторым входом блока индикации, выход тактового генератора соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, выход синхронизации которого соединен с входами синхронизации основного и дополнительного запоминающих блоков и с входом счетчика выборок, выход "Переполнение" которого соединено с входами "Запись/считывание" основного и дополнительного запоминающих блоков, управляющими входами мультиплексора и блока индикации, выход цифрового компаратора соединен с управляющим входом регистра памяти, установочные входы счетчика выборок и тактового генератора соединены с входом "Сброс" устройства, а пусковой вход тактового генератора с входом "Пуск" устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2