SU1092520A1 - Цифровое сглаживающее устройство - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО , содержащее регистр, элемент И, первый сумматор и мультиплексор, выход i-ro (,n I разр да которого подключен ко входу i-ro разр да первой группы первого сумматора, выход i-го (t 1 ,п+ К разр да (где интервал усреднени , п- разр дность обрабатываемых чисел ) которого соединен со входом il-ro разр да регистра, о тличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и увеличени  быстродействи , в него введены второй и третий сумматоры и элемент НЕ, выход которого соединен со входом переноса первого сумматора, со входом j-го разр да (, и +1 /первой группы первого сумматора и входом j-ro (j h-m+l,n ) разр да первой группы {т - коэффициент увеличени  интервала усреднени  ) второго сумматора , выход переноса которого подклю/ e m«Jчен к первому входу элемента И, выход которого соединен с управл ющим входом мультиплексора, вход i-ro

Description

Изобретение относитс  к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использова но в адаптивных системах цифровой о работки информации. Известно устройство дл  вычислени  среднего значени  случайной величины , содержащее преобразователь аналоговой величины в число импуль :ов , счетчик числа реализаций, упра л емый делитель частоты, генератор тактовых импульсов 1 L Известно также устройство дл  вы числени  скольз щего среднего значе ни  , содержащее генератор тактовой частоты, два регистра и два суммато ра 21. Недостаток известнь с устройств заключаетс  в том, что реализуемый в них алгоритм определени  скольз щего среднего по известной рекуррен . - ной формуле 7 не учитывает вли ни  импульсного си нала на величину скольз щего средне го значени , характеризующего шум, т.е. оценка среднего значени  шума, сопровождающего импульсные сигналы, оказываетс  недостаточно эффективно В формуле (1) через Х обозначено скольз щее среднее, вычисленное на i-M шаге, текущее значение случайной величины, 2 - интервал усре нени  в числе отсчетов случайной ве личины. . Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  циф ровое сглаживающее устройство, соде жащее регистр, сумматор, два мульти плексора, блок управлени  с триггер ми и элементом И Тз. В указанном устройстве уменьшает с  вли ние импульсного сигнала на вычисл емое по формуле (1/ среднее значение шума ..„(2 . 1 при X ,-Х 5.7,0 о при m - посто нный коэффициент, увеличивающий интервал усреднени  при повышении текущего значени  случайной величины скольз щего среднего значени . Недостаток этого устройства заклю чаетс  в низкой точности определени  скольз щего среднего из-за того что при ,-.интервал усреднени  равен , а при х,-Х|./О этот интервал уменьшаетс  до 2 отсчетов. При этом положительные и отрицатель ные приращени  текущих значений слу чайной величины учитываютс  при вычислении скольз щего среднего значени  с разными весами, что приводит к получению смещенной оценки среднего значени  даже при отсутствии импульсного сигнала (спад среднего . значени  происходит быстрее, чем нарастание , и величина среднего значени  получаетс  заниженной. Кроме того, в указанном устройстве не оцениваетс  уровень импульса, в результате чего при по влении сигнала с большой амплитудой нежелательное вли ние его на величину среднего значени  оказываетс  существенным. Недостатком устройства  вл етс  также низкое быстродействие, поскольку вычисление скольз щего среднего производитс  за несколько последовательно выполн емых операций с тактироваHHeiJi элементов пам ти. Цель изобретени  - повышение точности и увеличение быстродействи  устройства. Указанна  цель достигаетс  тем, что в цифровое сглаживающее устройство , содержащее регистр, элемент И, юрвый сумматор и мультиплексор, выход i-ro (i-l., n) разр да которого подключен ко входу i-ro разр да первой группы первого суг.Ф1атора, выход 1-го( , n+k ) pa3р да f где 2 - интервал усреднени  , п-разр дность обрабатываемых чисел) которого соединен со входом i-ro разр да регистра, введены второй и третий сумматоры и элемент НЕ, выход которого соединен со входом переноса первого сумматора, со входом i-ro разр да (, n+k) первой группы первого сумматора и входом j-ro (jtn-m+l,M разр да первой группы ( коэффициент увеличени  интервала усреднени  второго сук  атора, выход переноса, которого подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с управл ющим вхо7ДОМ мультиплексора, вход i-ro (,n| разр да первой группы которого подключен к выходу -го разр да третьего су№ атора.г выход переноса которо-. го соединен со входом элемента НЕ и вторым входом элемента И, пр51мой выход i-ro (,n4l ) разр да регистра соединен со входом i-ro разр да второй группы первого сумматора, инверсный выход i-ro (i , п+1 разр да регистра подключен ко входу ( разр да второй группы второго сум.матора и ко входу (т- )-го разр да пер )зой группы третьего cyMiviaTopa, выход i-ro ( +l,h I разр да которого под .ключен ко входу ((-tn V-го разр да пер )эой группы второго сумматора, вход переноса которого объединен со входом переноса третьего сумматора и под глючен к инверсному выходу k-ro разр да регистра, пр мые выходы п старших разр дов которого  вл ютс  группой информационных выходов устройства , входы п разр дов второй группы третьего сумматора  вл ютс  группой информационных входов устрой ства, а вход синхронизации регистра  вл етс  входом синхронизации устрой ства, входы разр дов второй группы мультиплексора  вл ютс  входами задани  константы приращени  устройства . Введение в устройство указанных элементов и св зей между ними обеспе чивает учет приращений случайной величины с одинаковыми весами независимо от знака приращени , Что позвол ет исключить ошибку в вычислении скольз щего среднего значени . Кроме того, повышаетс  быстродействие, так как все вычислени  выполн ютс  на комбинационных сумматорах и тактирование устройства выполн етс  один раз при записи окончательного резуль тата в регистр. На чертеже приведена схема цифрового сглаживающего устройства. Устройство содержит регистр 1, сумматоры 2, 3 и 4, мультиплексор 5, элемент НЕ 6 и элемент И 7. Позици ми 8, 9 и 10 обозначены соответствеь но вход синхронизации, информационные входы и выходы устройства. Дл  определенности на чертеже представлен частный случай, когда величина т 1. Сумматоры 3 и 4 содержат по п раз р дов в соответствии с разр дностью информационного входа 9 устройства, подключенного к первым входам {А.,,..., А J,) сумматора 3, выходы кото рого соединены с первыми входами .мультиплексора 5. Кроме того, выходы сумматора 3 подключены со сдвигом вправо на один разр д (обеспечивающим деление на дваJ к первым входам А,..., А сумматора 4, первый вход старшего разр да А которого соединен через элемент НЕ б с выходом переноса сумматора 3. Сумматоры 3 и 4 предназначены дл  вычитани  кода регистра 1 из кодов, поступающих на их первые входы, при этом дл  получени  дополнительного кода h старших разр дов регистра 1 инверсные выходы этих разр дов подключень ко вторьам входам сумматоров 3 и 4, а дл  получени , дополнительного кода с округлением (с учетом старшего из отбрасы ваемых младших разр дов ) на входы переносов сумматоров 3 и 4 вместо сигнала логической 1 подключаетс  сигнал с инверсного выходы k-ro разр да . Мультиплексор 5 коммутирует на первые входы младших разр дов первого сумматора 2 либо код с выходов сумматора 3 (при логическом О на его входах управлени  V., / V ), либо код константы (минимального/ приращени  (при логической 1 на входах ), установленный на вторых входах мультиплексора 5, например код О,...,01 (единица младшего разр да |. Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии в регистре 1 хранитс  код среднего значени  Х. случайной величины (шума, полученный на предыдущем шаге вычислени . С поступлением на вход 9 устройства кода очередного измерени  случайной величины на выходе сумматора 3, выполн ющего сложение кода Х JC дополнительным кодом Х,-., формируетс  код разности Л Х,-Х., (3) на выходе переноса Р. сумматора 3 действует сигнал логической 1, обозначающий, что уровень в.ходного сигнала не меньше уровн  среднего значени  случайной величины . В этом случае с помощью сумматора 4 производитс  проверка на превышение уровн  входного сигнала У.трехкратной величины скольз щего среднего Х.,. Сумматор 4,производ щий сложение кода и , сдвинутого на один разр д вправо, т.е. уменьшенного в 2 раза, с дополнительным кодом скольз щего среднего X ,-., поступающим на его вторые входы (и вход переноса J, формирует на выходе код разности Л-, : ХрЭХ,., 2 - Если , что соответствует случаю Х;, ЗХ-..,, с определенной веро ткостью можно считать, что последнее измерение X; относитс  к анализируеMoi y импульсному сигналу, и следовательно , пocлeдF ee измерение не должно учитыватьс  при определении велихины скольз щего среднего на очередном шаге вычислений. на выходе переноса Рр, сумматора 4 сигнал принимает значение логической 1, при этом на выходе элемеита И 7, на обоих входах которого действуют сигналы 1, 7-акже по вл етс  сигнал логической 1, под действием которого на первые входы мпадших разр дов сумматора 2 с выхода мультиплексора 5 поступает код тсонстанты минимального приращени , например О,...,01, а на входах старших разр дов н на входе переноса cyMviaTopa 2 с элемента НЕ б поступает сигнал логического О. Положительна  константа добавл етс  к коду Xi--| с регистра 1 и код cyMTvsH с сумматора 2 поступает на входы регистра 1. С поступлением на вход 8 устройства сигнала синхронизации код с cyMiviaTOpa 2 записываетс  в регистр 1. Дл  нормальной работы устройства задержка сигнала

синхронизации относительно посгуплени  информации на вход 9 устройства должна быть достаточной дл  установлени  уровней сигналов на входах р.,.... , Df,4i регистра 1, а в регистре 1 должны использоватьс  -элементы пам ти, воспринимающие входную информацию только в момент действи  фронта сигнала синхронизации (например триггеры типа D с самоблокировкой ) .

При на выходе переноса сумматора 4, следовательно, на выходе элемента И 7 сигнал принимает значение логического О, под действием которого на первые входы сумматора 2 через мультиплексор 5 поступает код разности й с выхода сумматора 3. При этом сли d-j7,0, то на первые входы старших разр дов (А„4,. , ., А f,4X / вход переноса сумматора 2 с выхода элемента НЕ 6 подаетс  логической О, т.е. на сумматор 2 поступает пр мой код разности 4 , а при результат вычитани  на выходе сумматора 3 получаетс  в дополнительном коде и на первых входах старших разр дов, а также на входе переноса сумматора 2 действуют сигналы логической 1, соответствующие дополнительному коду (п41 (-разр дного числа,

Среднее значение X,- , вычисл емое в устройстве, определ етс  в соотвествии с рекуррентными выражени ми

при

(,

,при

где С - константа минимального приращени  скольз щего среднего при наличии на входе устройства кода, значение которого , по крайней мере, в 3 раза превышает средний уровень шума. Необходимость введени  константы

CiO обусловлена тем, что при случайной установке в регистре 1 нулевого кода условиел О всегда выполн етс  и изменение содержимого регистра 1 становитс  невозможным, если .

Назначение элемента И 7 заключаетс  в исключении вли нии переполнени  сумматора сложении двух отрицательных величин, когда сигнал на выходе его переноса принимает значение 1, несмотр  на то, что фактически 0 .

Код скольз щего среднего со старших разр дов регистра 1 поступает на выход 10 устройства и не измен етс  до поступлени  следующего синхш5 низирующего импульса на вход 8 усГ ройства .

Таким образом, в данном устройстве за один такт производитс  вычисление скольз щего среднего значени  1лума, которое может использоватьс  в дальнейшей обработке дл  автоматической установки режимов пороговых устройств.

По быстродействию и точности вычислени  скольз щего среднего данное устройство имеет преимущества по сравнению с известным. Получение выходного кода в данном устройстве производитс  за один такт записи в

регистр нового вычисленного значени  с задержкой относительно поступлени  кода на вход устройства, определ емой лишь временем задержки переключени  логических элементов.

Ошибка в оценке среднего значени  при Х.ЗХ. в данном устройстве в отличие от известных устройств отсутствует , а при Xj v ЗХ j. ошибка,обусловленна  вли нием импульсного сигнала на среднее значение в данном

устройстве, составл ет единицу младшего разр да, уменьшенную в 2 раз, в то врем  как в прототипе эта величина определ етс  амплитудой сигнала и может быть в несколько раз больше .

Claims (1)

1. i -го (ί =1 ,п+ х)разряда (где 2*- интервал усреднения, п- разрядность обрабатываемых чисел ) которого соединен со входом .i-го разряда регистра, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения быстродействия, в него введены второй и третий сумматоры и элемент НЕ, выход которого соединен со входом переноса первого сумматора, со входом i-го разряда (i=n+l, n + k (первой группы первого сумматора и входом j-го (j = b-m+l,n ) разряда первой группы · (т - коэффициент увеличения интервала усреднения ) второго сумматора, выход переноса которого подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, вход i-ro (i =1, h I разряда первой группы Которого подключен к выходу i-ro разряда третьего сумматора, выход переноса которого соединен со входом элемента НЕ и вторым входом элемента И, прямой выход i-го (ί =1, n + к )раэряда регистра соединен со входом i-ro разряда второй группы первого сумматора, инверсный выход i-ro (i = K+l, n+ k I разряда регистра подключен ко входу (1 - К ) -го разряда второй группы второго сумматора и ко входу (ί-^го разряда первой группы третьего сумматора, выход i-го (i =m+l,π ) раз- fg ряда которого подключен ко входу (i-tnh го разряда первой группы второго сумматора, вход переноса которого объединен со входом переноса третьего сумматора и подключен к инверсному выходу k-го разряда регистра, прямые выходы η старших разрядов которого являются группой информационных выходов устройства, входы η разрядов второй группы третьего сумматора является группой информационных входов устройства, а вход синхронизации регистра является входом синхронизации '(устройства, входы разрядов второй группы мультиплексора являются входами задания константы приращения устройства .