Селектор импульсов по длительности

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СЕЛЕКТОР ИМПУЛЬСОВ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ(71) Заявитель Акционерное общество Атлант Минский завод холодильников(73) Патентообладатель Акционерное обшество Атлант Минский завод холодильников(57) Селектор импульсов по длительности, содержащий пороговый элемент, подключенный к входу устройства,первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого ключа управления и первым и вторым входами управляющего вентиля, первый выход которого соединен с первым установочным входом счетчика, первый делитель частоты на два, первый регистр, выходы которого подключены ко входам предварительной установки реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго ключа управления, а выход - ко входу детектора нуля, второй выход управляющего вентиля соединен с первым входом второго ключа управления и первым входом триггера, выход которого является выходом селектора, второй вход триггера подключен к выходу детектора нуля и ко второму входу второго ключа управления, третий вход которого через второй делитель частоты на два соединен с третьим входом первого ключа управления и с выходом генератора тактовых импульсов, и второй регистр, отличающийся тем, что дополнительно содержит счетный триггер,элемент И, элемент ИЛИ, элемент задержки и блок вентилей переписи информации, причем, выход элемента И,первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим входами управляющего вентиля,подключен ко входу второго регистра непосредственно и через элемент задержки - к первому входу элемента ИЛИ и к первым входам блока вентилей переписи информации, второй вход элемента ИЛИ соединен с первым выходом управляющего вентиля, вторые входы блока вентилей переписи информации подклю Фиг. 1 чены к выходам второго регистра, а его выходы - ко входам предварительной установки счетчика, выход элемента ИЛИ соединен с установочным входом счетного триггера, счетный вход которого подключен к выходу первого ключа управления и через первый делитель частоты на два - ко входу данных первого регистра, первый и второй установочные входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами управляющего вентиля,выход счетного триггера подключен к счетному входу счетчика, второй установочный вход которого соединен с третьим выходом управляющего вентиля, третий вход которого подключен к выходу счетчика. Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных и управляющих системах различного назначения для отбора импульсов, длительность которых в общей случайной двоичной последовательности распределена во времени по квадратической зависимости. Необходимость в подобных селекторах возникает при проектировании аппаратуры сбора, обработки и передачи информации для обеспечения необходимых помехоустойчивости и полосы пропускания центральных обрабатывающих устройств, работающих по нестандартным адаптивным алгоритмам в реальном масштабе времени. Их применение позволяет повысить быстродействие и надежность обработки входных данных за счет отбора необходимой и устранения избыточной информации из всей совокупности поступающих сообщений. В настоящее время для решения задач селекции временных интервалов широкое распространение получили устройства, реализующие как аналоговые, так и дискретные способы обработки информации. Однако аппаратурные решения, основанные на цифровых способах селекции временных интервалов, во многих практических случаях оказываются более предпочтительны. Во-первых, использование цифровых селекторов позволяет обеспечить техническую, метрологическую и информационную совместимость с другими цифровыми устройствами предпроцессорной обработки информации, и,во-вторых, обеспечить необходимую точность функционального преобразования входного потока двоичных сообщений в следящем режиме однократного анализа. Кроме того, цифровые селекторы более технологичны как в настройке, так и в эксплуатации, поскольку конструктивно выполняются на унифицированной элементной базе цифровой техники, предполагающей микросхемное и микромодульное исполнение. Одним из путей решения задачи селекции функционально зависимых длительностей в динамическом режиме является применение многоканальных устройств параллельной обработки, в которых в каждом канале используется селектор, настроенный на определенную длительность 1. Их использование в автоматизированных системах приводит к значительному аппаратурному усложнению тракта передачи информации. Это усложнение вызвано тем, что появляется необходимость в применении дополнительных узлов управления считыванием информации по заданной программе, запоминании порядкового номера информационного сигнала, кодировании номера канала и передачи меток времени. Этот недостаток приводит к увеличению объема передаваемых сообщений, ошибкам вторичного восстановления отселектированной информации,снижению надежности устройств обработки, что, в свою очередь, снижает качество передачи информации и эффективность их использования в системах сбора и обработки поступающих сообщений. Более рациональными в применении являются одноканальные цифровые селекторы импульсов, обеспечивающие динамическое формирование переменных кодовых уставок длительности опорных интервалов и их автоматическую смену, производимую в процессе анализа входных сигналов. Известен селектор импульсов по длительности, содержащий дифференцирующий элемент, генератор тактовых импульсов, управляющий вентиль, счетчик импульсов, дешифратор, задатчик точности, циклический регистр сдвига, счетчик кратности временных интервалов, устройство масштабирования, блок выявления приоритетного разряда, счетчик приоритета и детектор нуля 2. Это устройство, работа которого основана на формировании адреса приоритета очередной числовой уставки переменного опорного интервала селекции, позволяет производить отбор импульсов переменных длительностей, в зависимости от порядкового номера поступающих сигналов. Однако его использование в качестве селектора импульсов, определяемых длительностью с изменяемым значением по квадратической зависимости, обнаруживает существенный недостаток, заключающийся в необходимости согласования частоты следования счетных импульсов генератора таковых импульсов и количества разрядов циклического регистра сдвига на каждом временном интервале селекции. Последнее обусловлено тем, что в качестве модулируемой части адреса кодовой уставки опорного интервала используется адрес приоритета, функционально определяемой частотой генератора тактовых импульсов. Такая зависимость не позволяет селектировать квадратические временные интервалы в широком диапазоне изменения значений длительности переменного опорного интервала селекции, и тем самым ограничивает функциональные возможности устройства. Известен селектор импульсов, содержащий дифференцирующий элемент, генератор тактовых импульсов,управляющий вентиль, счетчик импульсов, счетчик результата, дешифратор, задатчик чисел, счетчик кратности, детектор нуля, регистр хранения кода длительности и триггер формирования 3. Этот селектор,2 3445 1 принцип работы которого также основан на счетно-накопительном способе сравнения кодовых значений опорных интервалов и селектируемой длительности, позволяет расширить диапазон изменения интервалов селекции за счет формирования уставок, распределенных во времени по закону геометрической прогрессии. Однако, ввиду того, что формирование уставки очередного опорного значения осуществляется путем линейного изменения значения знаменателя геометрической прогрессии (коэффициента отношения длительностей последующего к предыдущему анализируемых интервалов), оно не может быть использовано для селектирования длительностей, изменяемых по нелинейной квадратической зависимости. По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к предлагаемому является селектор импульсов, содержащий последовательно соединенные по первым входам с выходом генератора тактовых импульсов, первый ключ управления, счетчик импульсов и дешифратор, соединенный вторым входом с выходом регистра уставки, а выходом - с первым входом управляющего вентиля, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами ключа управления и выходами дифференцирующего элемента, подключенного ко входу устройства, а первый выход управляющего вентиля подключен к первому управляющему входу счетчика импульсов, последовательно соединенные второй ключ управления, реверсивный счетчик, установочные входы которого подсоединены к выходу регистра и детектор нуля,выход которого соединен с первыми управляющими входами второго ключа управления и триггера формирования, подключенного к выходу устройства, вторые управляющие входы которых соединены со вторым выходом управляющего вентиля, два делителя частоты и третий ключ управления 4. Устройство-прототип позволяет производить отбор импульсов переменной длительности в динамическом режиме анализа входной двоичной последовательности сигналов. Однако, ввиду того, что смена длительности опорного интервала в зависимости от порядкового номера селектируемой длительности производится с изменением значения, равного значению постоянного линейного приращения, оно также не может быть использовано для селектирования длительностей, изменяемых в общей последовательности по нелинейной квадратической зависимости. Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения отбора возрастающих квадратических интервалов в динамическом режиме анализа входной случайной двоичной последовательности сигналов. Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее пороговый элемент, подключенный ко входу устройства, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого ключа управления и первым и вторым входами управляющего вентиля, первый выход которого соединен с первым установочным входом счетчика, первый делитель частоты на два, первый регистр, выходы которого подключены ко входам предварительной установки реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго ключа управления, а выход - ко входу детектора нуля, второй выход управляющего вентиля соединен с первым входом второго ключа управления и первым входом триггера,выход которого является выходом селектора, второй вход триггера подключен к выходу детектора нуля и ко второму входу 4 второго ключа управления, третий вход которого через второй делитель частоты на два соединен с третьим входом первого ключа управления и с выходом генератора тактовых импульсов, и второй регистр, дополнительно введены счетный триггер, элемент И, элемент ИЛИ, элемент задержки и блок вентилей переписи информации, причем выход элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим входами управляющего вентиля, подключен ко входу второго регистра непосредственно и через элемент задержки - к первому входу элемента ИЛИ и к первым входам блока вентилей переписи информации, второй вход элемента ИЛИ соединен с первым выходом управляющего вентиля, вторые входы блока вентилей переписи информации подключены к выходам второго регистра, а его выходы ко входам предварительной установки счетчика, выход элемента ИЛИ соединен с установочным входом счетного триггера, счетный вход которого подключен к выходу первого ключа управления и через первый делитель частоты на два - ко входу данных первого регистра, первый и второй установочные входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами управляющего вентиля, выход счетного триггера подключен к счетному входу счетчика, второй установочный вход которого соединен с третьим выходом управляющего вентиля, третий вход которого подключен к выходу счетчика. Работа селектора импульсов по длительности основана на сравнении длительности каждого поступающего информационного сигнала с вычисленными значениями квадратов длительности, функционально связанными с фиксированным периодом следования тактовых импульсов, и формируемыми в процессе динамического анализа входной случайной двоичной последовательности сигналов в зависимости от порядкового номера селектируемых интервалов. На фиг. 1 представлена структурная схема селектора импульсов по длительности, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Селектор импульсов по длительности содержит пороговый элемент 1, предназначенный для формирования отсчетных сигналов начало и конец каждого поступающего информационного импульса первый ключ 2 управления управляющий вентиль 3 счетный триггер 4, производящий деление частоты тактовых импульсов на два и синхронизацию работы устройства элемент 5 ИЛИ счетчик 6, формирующий ряд кодо 3 3445 1 вых уставок, по отношению к которым производится отсчет квадратических длительностей генератор 7 тактовых импульсов, вырабатывающий счетную последовательность с постоянным периодом следования первый делитель 8 частоты на два, синхронизирующий процесс записи информации в первый регистр 9 элемент 10 И второй регистр 11, преобразующий позиционный в унитарный единичный код элемент 12 задержки блок 13 вентилей переписи информации триггер 14 второй ключ 15 управления реверсивный счетчик 16, обеспечивающий суммирование значений длительностей согласно членам ряда нечетных чисел второй делитель 17 частоты на два, синхронизирующий процесс считывания информации детектор 18 нуля,фиксирующий окончание считывания 19 и 20 соответственно входная и выходная шины устройства. На фиг. 2 а изображена входная двоичная последовательность сигналов случайной длительностии произвольным интерваломмежду ними 2 б - последовательность отсчетных сигналов, соответствующих началу и концу каждого поступающего информационного импульса 2 в - последовательность счетных импульсов постоянной частотой о следования, поступающая с генератора 7 тактовых импульсов 2 г последовательность сигналов, формируемая счетным триггером 4 2 д - последовательность импульсов переполнения, поступающая с выхода счетчика 6 2 е - кодовые значения , формируемые в регистре 9 2 ж кодовые значения считывания, заносимые в реверсивный счетчик 16 2 и - сигналы окончания считывания с выхода детектора 18 нуля 2 к - сформированная выходная отселектированнаяпоследовательность сигналов на выходе 20 устройства. Селектор импульсов по длительности на примере отбора возрастающих квадратических временных интервалов работает следующим образом. При поступлении на вход 19 устройства случайной двоичной последовательности сигналов (фиг. 2 а) с произвольными длительностьюи расстояниеммежду ними пороговый элемент 1 вырабатывает отсчетные сигналы (фиг. 2 б), соответствующие началу и концу каждого поступающего информационного импульса. Сформированный отсчетный сигнал начало поступает на первый вход первого ключа 2 управления и одновременно на первый вход управляющего вентиля 3. Сигналом начало ключ 2 управления открывается и управляющий вентиль 3 по первому установочному выходу устанавливает счетный триггер 4 через элемент 5 ИЛИ в единичное состояние (фиг. 2 г), а по входам предварительной установки в счетчик 6 заносится код,равный числу 2-1, где- число разрядов счетчика 6. (Например, при четырехразрядном счетчике 4 будет установлен код 1111, равный в десятичной системе счисления числу 15.) После открытия первого ключа 2 управления счетная последовательность с постоянной частотойследования (фиг. 2 в) с генератора 7 тактовых импульсов поступает на счетные входы триггера 4 и через первый делитель 8 частоты на два, необходимый для согласования длительностей формируемых интервалов, регистра 9. Первый импульс счетной последовательности перебросит триггер 4 в нулевое состояние и тем самым сформирует в счетчике 6 импульс переполнения (фиг. 2 д), который, пройдя на выход, поступит на третий вход управляющего вентиля 3, на второй вход которого поступает с порогового элемента 1 сигнал конец. Первый импульс с первого делителя 8 частоты на два поступит в регистр 9 и зафиксируется в нем (фиг. 2 е). При этом управляющий вентиль 3 производит непрерывный анализ временного распределения сигналов конец и импульса переполнения, поступающего с выхода счетчика 6. В случае их совпадения на выходе элемента 10 И появится импульс, который поступит на вход второго регистра 11 и зафиксируется в нем,формируя тем самым кодпорядкового номера селектируемого временного интервала. Этот же импульс,пройдя через элемент 12 задержки в блок 13 вентилей, перепишет зафиксированное значениепорядкового номера селектируемого интервала в обратном коде в счетчик 6 и перебросит счетный триггер 4 в единичное состояние. При этом в счетчике 6 произойдет сложение двух чисел числа единицы в обратном коде (1110), зафиксированного в регистре 11, и числа 15 (1111), первоначально установленного в счетчике 6. В результате сложения в счетчике 6 сформируется новое значение кода (1101), равного числу 13 в десятичной системе счисления. Этой операцией заканчивается первый цикл вычислительного процесса. Одновременно с производством вычислительной операции, при совпадении импульса переполнения и сигнала конец, управляющий вентиль 3 вырабатывает команду разрешение, которая поступает на первые управляющие входы регистра 9, триггера 14 и второго ключа 15 управления. Командой разрешение производится перепись содержимого с очищением регистра 9 в реверсивный счетчик 16 (фиг. 2 ж), в котором на каждом цикле переписи информации производится суммирование значений кодов , соответствующих числовым значениям натурального ряда нечетных чисел. Этой же командой триггер 14 перебрасывается в единичное состояние (фиг. 2 к) и открывается второй ключ 15 управления. После его открытия счетная последовательность с генератора 7 через второй делитель 17 частоты на два поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 и такой режим работы устройства сохраняется до достижения счетчиком 16 нулевого состояния, которое фиксируется детектором 18 нуля (фиг. 2 и). Сигналом с выхода детектора 18 нуля ключ 15 управления закрывается, прекращая доступ счетных импульсов на вычитающий вход реверсивного счетчика 16, а триггер 14 перебрасывается в нулевое состояние, формируя на выходе 20 устройства отселектированную длительностьвременного интервала (фиг. 2 к). Учитывая, что в устройстве для синхронизации работы используется счетный триггер 4, выполняющий функцию деления частоты на два, фиксиро 4 3445 1 ванный период То повторения счетных импульсов будет равен 2, по отношению к которому производится отсчет. При таком режиме работы устройства, с учетом совпадения импульсов переполнения и сигнала конец,следующий импульс переполнения на выходе счетчика 6 появится через три счетных импульса, последующий через пять и т.д. Таким образом, в результате производства вычислительных операций на втором цикле вычислений в счетчике 6 сформируется код 1011, на третьем - 1001 и т.д. При этом на каждом цикле переписи в реверсивном счетчике 16 реализуется алгоритм суммирования приращений 2-, образованных рядом нечетных чисел где- порядковый номер члена ряда, соответствующий порядковому номеру отселектированного временного интервала. Результат суммирования на каждом вычислительном цикле фиксируется реверсивным счетчиком 16 и после его считывания на выходе 20 устройства сформируется отселектированная последовательность временных интервалов, длительность которых будет соответствовать значениям квадратов фиксированного периода То, т.е. 111 224, 339 и т.д. В случае несовпадения сигналов конец и импульса переполнения управляющий вентиль 3 вырабатывает команду запрет, которая поступает на вторые управляющие входы регистра 9, производя его очищение,независимо от содержимого в нем количества счетных импульсов, и производит переустановку предыдущего состояния счетчика 6. После сброса содержимого регистра 9 и переустановки значения вычисленного кода предыдущего состояния в счетчике 6, устройство подготовлено для приема очередного поступающего временного интервала входной случайной двоичной последовательности сигналов. Таким образом, введение в устройство счетного триггера, элементов И и ИЛИ, элемента задержки, блока вентилей переписи информации и изменения связей, обеспечивающих работу устройства, позволяет в динамическом режиме автоматизировать смену отсчетных кодовых значений, формируя квадратическую зависимость селектируемой длительности из общей входной случайной двоичной последовательности сигналов, в зависимости от порядкового номера селектируемого временного интервала, функционально связанного с фиксированным периодом счетной последовательности. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5