Устройство для временного сжатия входного сигнала

 

i; УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРЕМЕННОГО СЖАТИЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА, содержащее преобразователь аналог - код, информационный вход которого объединен с входом селектора периода входного сигнала и подключен ко входу устройства, тактовый вход преобразователя аналог - код объединен с первым входом формирователя адресаi выход которого соединен .с адресным взводом блока памяти, выход преобразователя аналог - код соединен с информационным входом блока памяти, выход которого соединен с информационным входом преобразователя код - аналог , выход которого соединен с первым выходом устройства, первый выход селектора периода входного сигнала соединен с первым входом бл.ока управления , первый выхрд которого соединен с управляющим входом преобразователя код - аналог, отличающееся тем, что, с целью повьшения информативности устройства, в него введены коммутаторы, формирователь частот, блок определения аргумента и последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор и формирователь спектра, первый вход блока определения аргумента объединен с тактовым входом преобразователя аналог - код и соединен с выходом первого коммутатора, второй выход блока управления соединен с вторым входом блока определения аргумента и входом формирователя частот, первая и вторая группы выходов которого подключены к тактирующим йходам соответственно первого и второго коммутаторов , управляющие входы которых соединены соответственно с первым и третьим выходами блока управления , второй вход которого подключен ко второму выходу селектора периода входного сигнала, выход второго коммутатора соединен с третьим входом блока определения аргумента и вторым входом формирователя адреса , выход которого соединен с третьим входом блока управления и четвертым входом блока определения аргумента , выход крторого является вторым выходом устройства, выход преобразователя код - аналог через последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор и фор1 шрователь спектра соединен с третьим выходом устройства . 2. Устройство по п..I, о т л и .чающееся тем, что.блок управления содержит триггер, ключ, коммутатор , счетчики, элементы И, шину логической единицы, кнопку Пуск. и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого через первый счетчик соединен с

119

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

0 08 С 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3564210/18-24 (22) 03, 12. 82 (46) 30.06.84. Бюл. Ф 24 (72) Г.Г.Живилов, В.А.Прянишников, Н.М.Сметанин и В.И;Якименко (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова(Ленина) (53) 621.398(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 617827, кл. Н 03 K 5/159, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

В 888165, кл. G 08,С 19/00, 1980 (прототип). (54) (57) 1; УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРЕМЕННОГО СЖАТИЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА, содержащее преобразователь аналог — код, информационный вход которого объединен с входом селектора периода входного сигнала и подключен ко входу устройства, тактовый вход преобразователя аналог — код объединен с первым входом формирователя адреса, выход которого соединен .с адресным входом блока памяти, выход преобразователя аналог — код соединен с информационным входом блока памяти, выход которого соединен с информацион- ным входом преобразователя код - аналог, выход которого соединен с первым выходом устройства., первый выход селектора периода входного сигнала соединен с первым входом блока управления, первый abrxop которого соединен с управляющим входом преобразователя код — аналог, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения информативности. устройства, в него введены коммутаторы, формирователь частот, блок определения аргу,SU„„1100632 А мента и последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор и формирователь спектра, первый вход блока определения аргумента объединен с тактовым входом преобразователя аналог — код и соединен с выходом первого коммутатора, второй выход блока управления соединен с вторым входом блока определения аргумента и входом формирователя частот, первая и вторая группы выходов которого подключены к тактирующим входам соответственно первого и второго коммутаторов, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и третьим выходами блока управ- g ления, второй вход которого подклю чен ко второму выходу селектора периода входного сигнала, выход второго коммутатора соединен с третьим входом блока определения аргумента и вторым входом формирователя адреса, выход которого соединен с третьим входом блока управления и четвертым входом блока определения аргумента, выход крторого является вторым выходом устройства, выход преобразователя код — аналог через последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор и формирователь спектра соединен с третьим выходом устройства.

2. Устройство по и.. 3, о т л и— .ч а ю щ е е с я тем, что .блок управления содержит триггер, ключ, ком- Ъ мутатор, счетчики, элементы И, шину логической единицы, кнопку "Пуск", и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого через первый счетчик. соединен с

1100632 первым входом коммутатора, выход триггера соединен с вторым входом первого элемента И и первыми входами ключа и второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, второй вход ключа сое-. динен с шиной логической единицы, выход — с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен, с входом второго счетчика, первый вход триггера соединен с кнопкой

"Пуск", второй вход второго элемента И, третий вход первого элемента И и второй вход третьего элемента И соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами устройства, выход генератора тактовых импульсов, выход коммутатора и выход . второго счетчика соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами устройства.

3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок определения аргумента содержит формирователи импульсов, счетчики, триггеры, делители, регистр и элементы И, выход первого элемента И соединен с входом первого триггера, выход которого соединен непосредственно с первым входом второго элемента И и чеИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для согласования полосы частот входного сигнала с полосой пропускания анализирующей и измерительной аппаратуры.

Известно устройство для временного сжатия сигналов, содержащее несколько колец накопления с коммутатором и рециркуляционную линию за- 10 держки в каждом кольце, используемую в качестве запоминающего устройства, сумматор, блок управления, выходы элементов запоминания уровня напряжения и вход коммутатора перво- 15

ro кольца объединены и образуют входную шину устройства, а выход сумматора является «ыходом устройства С11. рез последовательно соединенные первый формирователь импульсов и второй триггер с первым входом первого элемента И, выход второго элемента И через первый счетчик соединен с первым входом первого делителя, выход ,третьего элемента И соединен с входом третьего триггера, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с первым входом четвертого триггера и непосредственно — с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, выход четвертого триггера соединен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом первого делителя, выход первого делителя соединен с первым входом второго делителя, второй вход которого соединен с выходом регистра, выход — с выходом блока определения аргумента, второй вход первого элемента И, объединенные вторые входы второго и четвертого элементов И, второй вход третьего элемента И и второй вход четвертого триггера соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока определения аргумента.

К недостаткам известного устройства относится невозможность его использования для измерения характеристик периодических сигналов, так как в нем не выделяется период входного сигнала, а также отсутствует автома" тическое определение оптимального числа точек, фикси«уемых за один период входного cèãèàëà. Вследствие этого в широком диапазоне частот значительно изменяется погрешность аппроксимации входного сигнала, что приводит к необходимости сужения частотного диапазона сжимаемых сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является уст«ойство для временного сжатия входного сигнала, содер3 11006 .жащее последовательно соединенные преобразователь аналог — код, блок памяти и преобразователь код — аналог, выход которого является первым выходом устройства, а вход устройства соединен с входами преобразователя аналог — код и блока определения периода, выходы которого соединены соответственно с входом блока умножения частоты и объединенными первыми входами блока управления и блока адресации, выход блока умножения частоты соединен с тактовым входом преобразователя аналог — код и вторым входом блока адресации, выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, а второй выход блока умножения частоты соединен с вторым входом блока управления $ 23, Недостаток устройства-прототипа

Ф . 20 заключается в невозможности измерения частотных параметров входного сжимаемого сигнала — компонент спектра периодического инфранизкочастотного сигнала, что ограничивает инфор" мативность устройства.

Цель изобретения — повышение информативности устройства путем введения новых процедур записи-считывания и блоков выделения компонент

ЗО спектра сжимаемого сигнала.

Эта цель достигается тем, что в устройство для временного сжатия входного сигнала, содержащее преобразователь аналог — код, информационный вход которого объединен с входом З5 селектора периода входного сигнала и подключен ко входу устройства, тактовый вход преобразователя аналог— код объединен с первым входом формирователя адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти, выход преобразователя аналогкод соединен с информационным входом блока памяти, выход которого соединен с информационным входом преобра- 4 зователя код — аналог, выход которого соединен с первым выходом устройства, первый выход селектора периода входного сигнала соединен с первым входом блока управления, первый

50 выход которого соединен с управляющим входом преобразователя код - gaaлог, введены коммутаторы, формирователь частот, блок определения аргумента и последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор и формирователь спектра, первый вход блока определения аргумента объединен с

32 4 тактовым входом преобразователя аналог — код и соединен с выходом первого коммутатора, второй выход блока управления соединен с вторым входом блока определения аргумента и входом формирователя частот, первая и вторая грунпы выходов которого подключены к тактирующим входам соответственно первого и второго коммутаторов, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и третьим выходами блока управления, второй вход которого подключен ко второму выходу селектора периода входного сигнала, выход .второго коммутатора соединен с третьим входом блока определения аргумента и вторым входом формирователя адреса, выход которого соединен с третьим входом блока управления и четвертым входом блока определения аргумента, выход которого является вторым выходом устройства, выход преобразователя код - аналог через последовательно соединенные полосовой

Фильтр, квадратор и формирователь спектра соединен с третьим выходом устройства.

Кроме того, блок управления содержит триггер, ключ, коммутатор, счетчики, элементы И, шину логической единицы, кнопку "Пуск" и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен е первым входом первого элемента И, выход которого через первый счетчик соединен с первым входом коммутатора, выход триггера соединен с вторым входом первого элемента И и первыми входами ключа и второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, второй вход ключа соединен с шиной логической единицы, выход - с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом второго .счетчика, первый вход триггера соединен с кнопкой

"Пуск", второй вход второго элемента И, третий вход первого элемента И и второй вход третьего элемента И соединеньг соответственно с первым, вторым и третьим входами устройства, выход генератора тактовых импульсов, выход коммутатора и выход второго счетчика соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами устройства.

Блок определения аргумента содержит формирователи импульсов, счетчи1100632 ки, триггеры, делители, регистр и элементы И, выход первого элемента И соединен с входом первого триггера, выход которого соединен непосредственно с первым входом второго элемента И и через последовательно соединенные первый формирователь импульсов и второй триггер с первым входом первого элемента И, выход второго элемента И:,через первый счетчик соединен с первым входом первого делителя, выход третьего элемента И соединен с входом третьего триггера, выход которого через второй формирователь импчльсов соединен с первым входом четвертого триггера и непосредственно — с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго счетчика, выход четвертого

S триггера соединен с первым входом третьего элемента И и вторым входом второго счетчика, выход которого соединен с.вторым входом первого делителя, выход первого делителя соединен с первым входом второго делителя, второй вход которого соединен с выходом регистра, выход — с выходом блока определения аргумента, второй вход первого элемента И, объе. диненные вторые входы второго и четвертого элементов И, второй вход третьего элемента И и второй вход четвертого триггера соединены соответственно е первым, вторым, третьим и четвертым входами блока определения аргумента.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для временного сжатия сигнала; на фиг. 2 — диаграммы измерения трех компонент спектра при помощи фильтра с постоянной частотой настройки F на фиг. 3 и 4— соответственно структурные схемы блока управления и блока определения аргумента.

Устройство для временного сжатия .входного сигнала содержит (фиг. 1) последовательно соединенные преобразователь. 1 аналог — код, блок 2 памяти и преобразователь 3 код — аналог,.селектор 4 периода входного сигнала, блок 5 управления, формирователь 6 адреса, первый коммутатор 7, блок 8 определения аргумента, формирователь 9 частот, выполненный. например, из цепочки последовательно соединенных триггеров-делителей частоты, второй коммутатор 10, последо-I вательно соединенные полосовой фильтр 11, квадратор 12 н,формирователь спектра 13.

Блок 5 управления содержит (фиг.3) последовательно соединенные триггер 14, ключ 15, второй элемент И 16, коммутатор 17, генератор 18 тактовых импульсов, первый элемент И 19, первый счетчик 20, третий элемент И 21, второй счетчик 22, кнопку 23 "Пуск", шину 24 логической единицы.

Блок 8 определения аргумента содержит (фиг. 4) второй элемент И 25, 15 первый счетчик 26, первый формирователь 27 импульсов, второй триггер 28, третий элемент И 29, третий триггер 30, четвертый элемент И 31, второй счетчик 32, второй формиро20 ватель 33 импульсов, четвертый триггер 34, регистр 35, первый и второй делители 36 и 37, первый элемент И 38, первый триггер 39.

Устройство работает следующим

25 образом.

Временное сжатие осуществляется с подключением сигнала на входы преобразователя 1 аналог — код и селектора 4 периода входного сигнала. зр В селекторе 4 начинается автоматическое выделение периода входного сигнала То, значение которого подается на вход блока 5 управления.

По значению То в блоке 5 управления формируется код частоты запуска f

Эао преобразователя 1 аналог — код: код (в течение второго периода) со второго выхода блока 5 управления подается на управляющий вход коммутатора 7, открывая в нем один из ключей для пропускания последовательности импульсов выбранной частоты Е „„ с соответствующего выхода формирователя 9 частот на тактовый

4> вход преобразователя 1 аналог — код, . а также на тактирование формирователя 6 адреса.

С началом второ э периода входного сигнала преобразователь 1 аналог— код осуществляет выборку ряда значений сигнала и подачу их кодовых величин х (, ) в блок 2 памяти, в котором они запоминаются по адресам, формируемым формирователем б адреса., 55

По окончании второго периода сигнала блок 5 управления по команде с второго выхода формирователя 6 адреса отключает коммутатор 7 и включает коммутатор 10, с выхода ко110063 торого на второй вход формирователя б адреса поступает последовательность импульсов частоты вывода ЕВ,в. ,При этом формирователь 6 адреса циклически опрашивает блок 2 памя-, ти, кодовые выборки сигнала х (t„),; с выхода которого подаются в преобразователь 3 код — аналог: на выходе преобразователя 3 происходит восстановление непрерывного сигна- 10 ла хт(й) с необходимой частотой, т.е. формируется периодический сжатый сигнал с зависящей от коли-: чества ординат погрешностью аппроксимации. 15

Сжатие сигнала и измерение спектра состоит из двух процедур - кодирования и записи выборок сигнала, а также считывания выборок с различной частотой и измерения соответст- 20 вующего ряда компонент спектра.

В этом случае работа устройства начинается с измерения периода входного сигнала в селекторе 4 определения периода, по которому в блоке S 25 управления формируется код частоты запуска f „, подаваемой с выхода формирователя 9 частот через коммутатор 7 на тактовый вход преобразователя t аналог — код. 30

Во время второго периода входного сигнала его кодированные выборки подаются в блок 2 памяти по адресам,, формируемым в формирователе 6 адреса.

После заполнения блока 2 памяти команда с второго выхода формирователя 6 адреса подается на вход блока 5 управления, в котором вырабатывается команда для отключения коммутатора 7 и включения коммутато- 40 ра 10. При этом с первого выхода формирователя 9 частот на выход коммутатора 10 подключается начальная частота ульсов вывода f1âûâ, с которой осуществляется считйвание . 45 выборок х(йп) со всех адресов блока 2 памяти: выборки подаются в ripeобразователь 3 код — аналог, в котором их последовательность преобразуется в непрерывный сигнал (сжатый во времени по сравнению с входным . сигналом) и подается на вход канала измерения периодических компонент спектра: полосовой фильтр 11 - xssg ратор 12 — формирователь 13 íà.выхо55 де которого формируется значение спектра S(f„), где величина аргумента

F (м1 — коэффициент сдвига спемт1 М„ ра; F4, — частота настройки полосового фильтра).

Поочередно изменяя код М„, блок 5 управления включает один из входов коммутатора 10, через который последовательность импульсов вывода осуществляет считывание выборок с блока 2 памяти с различными частотами

Кк,, благодаря чему изменяется коэффициент сдвига спектра: полосовой фильтр 11 поочередно выделяет соответствующие периодические компоненты спектра S(fÄ). Значения аргумента f этих ординат спектра формируются в блоке 8 определения аргумента синхронно с определением ординат (фиг. 2}. Полосовой фильтр 11 постоянно настроен на единственную частоту F4, и благодаря этому может быть выполнен высокодобротным и прецизионным.

Таким образом, осуществляется последовательное измерение ряда компонент спектра за счет изменения коэффициента мультипликативного сдвигаспектра и циклического .опроса блока 2 памяти. Такое измерение при инфранизкочастотном входном сигнале практически является измерением в реальном масштабе времени.

Блок 5 управления (фиг. 3) в режиме временного сжатия (ключ 15 разомкнут) после подачи команды "Пуск" на триггер 14 включает элемент И 19, через который ймпульсы тактовой частоты и „ с выхода тактового генератора 18 поступают в течение первого периода входйого сигнала на вход счетчика 20, в котором формируется код частоты f pygmy Этот код через коммутатор 17.поступает на первый выход блока 5 управления в течение второго периода входного сигнала (включен элемент И 16). По окончании второго периода в счетчик 22 заносится единица в младший разряд и переключается триггер 14, после чего вход счетчика 22 блокируется, и на третий выход блока 5 управления поступает код, соответствующий часто е. вь!в

В режиме сжатия с одновременным измерением .компонент спектра (ключ 15 замкнут) после подачи команды "Пуск" (нажата кнопка 23 "Пуск" ) и прихода первого импульса из формирователя 6 адреса (после определения периода и заполнения блока 2 памяти) вход счетчика 22 не блокируется, так

32

9 11006 как элемент И 21 постоянно открыт по первому входу и через замкнутый ключ 15 с шины 24 проходят единичные сигналы, благодаря чему после каждого полного опроса всех ячеек блока 2 памяти по командам из формирователя 6 адреса счетчик 22 изменяет свое состояние, т.е. меняет код частоты f еые. Последовательное изменение частоты f обеспечивает tO мультипликативный сдвиг спектра исследуемого сигнала. В блоке 8 ьпределения аргумента в этом режиме работает канал, состоящий из элементов И 38 и 25, триггеров 39 и 28, формирователя 27 импульсов и счетчика 26: в них формируется код, пропорциональный величине периода частоты . f „tt (фиг. 4).

Аналогично в канале, состоящем иэ элементов И 29 и 31» триггеров 30 и 34, формирователя 33 импуль- сов и счетчика 32 формируется код, пропорциональный частоте Е„ в„®

Причем, так как частоты изменяются во времени по импульсам с второго выхода блока 6 адресации, то о этим же импульсам переключается триггер 34, устанавливая этот канал в исходное состояние.

Таким образом, на входы делителя 36 кодов поступают постоянный код счетчика 26 и изменяющийся во времени код счетчика 32, а на выходе фор-,„ мируются коды их отношения. Эти коды соответствуют масштабам мультипликативного сдвига спектра входного сигнала м Тмл квь в

""Т Е к вые зс П

Они поступают на первый вход делителя 37 кодов, на второй вход которого из регистра 35 поступает код, пропорциональный частоте настройки полосового фильтра 11 F+. на выходе формируются коды значений аргумента

Е„=- соответствующих ординат изме.Mt ряемого спектра.

Введение в предлагаемое устройство формирователя частот с двумя коммутаторами, блока определения аргумента, а также одного канала измерения спектра: полосовой фильтр — квадратор — формирователь спектра, и изменение структуры блока управления обеспечивают измерение спектра, что повышает информативность устройства для временного сжатия входного сигнала.

Предложенное устройство может быть применено для технической диагностики судовых турбинных машин, приливов в море, нисходящих потоков солнечной радиации, характеризующих, ся ннфранизкочастотными колебатель ными процессами и требующих автоматического определения их параметров с минимальными затратами времени (что достигается благодаря анализу сжатых сигналов) и при минимальном участии человека-оператора, что обеспечивается предлагаемым устройством, >iou >> 3г

Фр„()

8s .х ()

Фаях. (Sa;(+)

AqxПФ

Fig

Фиа2 алых. / lcm. гх. 3

Фие. Л

1100632

Составитель Н.Бочарова

Редактор К.Волощук Техред J1. Коцюбняк Корректор М.Демчик.

Заказ 4583/38 Тираж 569, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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