Цифровое сглаживающее устройство

(21) 35 (22) 07 (461 15 (72) С. огоперходнтеробравторой гру ляется гру устройства гистра явл устройства группы мул ми задания ройства,ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР 34957/18-24(56 1. Авторское свидетельство СССРР 698003, кл. С Об Г 15/36, 1979.ф 2. Авторское свидетельство СССРМ 752009, кл. С Об Р 15/36, 1980.3. Авторское свидетельство СССРур 864292; кл. С Об Р 15/353, 1981(54)(57) ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮЩЕЕ УСТРОИСТВОу содержащее регистр, элементИ, первый сумматор и мультиплексор,выход )-го (1=1 у ) разряда которподключен ко входу 1-го разрядавой группы первого сумматора, вы(-го=1,п+ к)разряда (где 2- ивал усреднения, и - разрядностьбатываемых чисел ) которого соединенсо входом 1-го разряда регистра, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и увеличениябыстродействия, в него введены второй и третий сумматоры и элемент НЕ,выход которого соединен со входомпереноса первого сумматора, со входом -го разряда=и+Т, П + З парвойгруппы первого сумматора я входом)-го=8-в+1 р ) разряда первой группы(е - коэффициент увеличения интервала усреднения ) второго сумматора, выход переноса которого подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, вход 1-го=Т,ь ) разряда первой группы которого подключен к выходу 1-го разряда третьего сумматора, выход переноса которого соединен со входом элемента НЕ и вторым входом элемента И, прямой выход -го (1=, и + Гразряда регистра соединен со входом -го разряда второй группы первого сумматора, инверсный выход )-го (з=В+1 у и+ К )разряда регистра подключен ко входу (1 - Ь ) -го разряда второй группы второго сумматора и ко входу (1-117- го разряда первой группы третьего сумматора, выход -го =мах,яраз- ыС ряда которого подключен ко входу(-)- го разряда первой группы второго сумматора, вход переноса которого объединен со входом переноса третьего С сумматора и подключен к инверсному выходу 1-го разряда регистра, прямые Я выходы и старших разрядов которого являются группой информационных выходов устройства, входы п разрядов ппы третьего сумматора явппой информационных входова вход синхронизации реяется входом синхронизациивходы разрядов второй ьтиплексора являются входаконстанты приращения уст 1092520Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в адаптивных системах цифровой обработки информации,Известно устройство для вычисления среднего значения случайной величины, содержащее преобразовательаналоговой величины в число импуль.сов, счетчик числа реализаций, управляемый делитель частоты, генератор 13тактовых импульсов 1 3.Известно также устройство для вычисления скользящего среднего значения, содержащее генератор тактовойчастоты, два регистра и два сумматора 2,Недостаток иэвестньВс устройствзаключается в том, что реализуемыйв них алгоритм определения скользящего среднего по известной рекуррент:ной формуле Х; - Хне учитывает влияния импульсного сигнала на величину скользящего среднего значения, характеризующего шум 25т.е, оценка среднего значения шума,сопровождающего импульсные сигналы,оказывается недостаточно эффективной,В формуле (1 через Х;обозначеноскользящее среднее, вычисленное на1-м шаге, Х - текущее значение случайной величины, 2 ф - интервал усреднения в числе отсчетов случайной величины.1Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является цифровое сглаживающее устройство, содержащее регистр, сумматор, два мультиплексора, блок управления с триггерами и элементом И Г 33.В указанном устройстве уменьшается влияние импульсного сигнала навычисляемое по формуле (1 1 среднеезначение шумаХ -Х -1.С.тпр 1 при х,-х; 10о 0 ,ш - постоянный коэффициент, увеличивающий интервал усреднения при повышении текущего значения случайной величины скользящего среднего значения.Недостаток этого устройства заключается в низкой точности определения скользящего среднего иэ-за того, что при х,х; интервал усреднения 6 О равен 2, апри х,-х;.,О этот интервал уменьшается до 2" отсчетов, При этом положительные и отрицательные приращения текущих значений случайной величины учитываются при вычислении скользящего среднего значения с разными весами, что приводит к получению смещенной оценки среднего значения даже при отсутствии импульсного сигнала (спад среднего значения происходит быстрее, чем нарастание, и величина среднего значения получается заниженной). Кроме того, в указанном устройстве не оценивается уровень импульса, в результате чего при появлении сигнала с большой амплитудой нежелательноевлияние его на величину среднего значения оказывается существенным, Недостатком устройства является также низкое быстродействие, поскольку вычисление скользящего среднего производится за несколько последовательно выполняемых операций с тактированием элементов памяти.Цель изобретения - повышение точности и увеличение быстродействия устройства.Указанная цель достигается тем,что в цифровое сглаживающее устройство, содержащее регистр, элемент И, первый сумматор и мультиплексор, выход 1-го (1=1, л) разряда которого подключен ко входу 1-го разряда первой группы первого сумматора, выход1-го(1:=1,л+)разрядагде 2 к- интервалусреднения,д-разрядность обрабатывае.нх чисел) которого соединен со вхо,цом 1-го разряда регистра, введены второй и третий сумматоры и элемент НБ, выход которого соединен со входом переноса первого суммато"а, со входом 1-го разряда (1=я+1, и+К первой группы первого сумматора и входом -го = -я+1, разряда первой группы (а - коэффициент увеличения интервала усреднения) второго сумматора, выход переноса. которого подлючен к первому входу элемента И,выходкоторого соединен с управляющим входом мультиплексора, вход 1-го (1=1,яразряда первой группы которого под" ключен к выходу -го разряда третьео сумматора, выход переноса которо-, го соецинен со входом элемента НЕ и вторым входоь элемента И, прямой выход 1-го (-.=1 о+ % ) разряда регистра соединен са входом 1-го разряда второй группы первого сумматора, инверсный выход 1-го (1 =+1,лразряда регистра подключен ко входу (1-%1-го разряда второй группы второго сумматора и ко входу 1-,)-го разряда первой группы третьего сумматора, выход-го (:п +1,лразряда которого подключен ко входу(1- 1-го разряда первой группы второго сумматора, вход переноса которого объединен со входом переноса третьего сумматора и подключен к инверсному выходу -го разряда регистра, прямые выходы старших разрядов которого являются группой информационных выходов уст 1092520ройства, входы о разрядов второйгруппы третьего сумматора являютсягруппой информационных входов устройства, а вход синхронизации регистраявляется входом синхронизации устройства, входы разрядов второй группы 5мультиплексора являются входами задания константы приращения устройства.Введение в устройство указанныхэлементов и связей между ними обеспе чинает учет приращений случайной величины с одинаковыми весами независимо от знака приращения, что позволяет исключить ошибку в вычислениискользящего среднего значения. кроме 15того, повышается быстродействие, таккак все вычисления выполняются накомбинационных сумматорах и тактиронание устройства выполняется одинраз при записи окончательного результата в регистр,На чертеже принедена схема цифрового сглаживающего устройства.Устройство содержит регистр 1,сумматоры 2, 3 и 4, мультиплексор 5,элемент НЕ 6 и элемент И 7. Позициями 8, 9 и 10 обозначены соответственно вход синхронизации, информационные входы и выходы устройства, Дляопределенности на чертеже представлен частный случай, когда величинап 1=1.Сумматоры 3 и 4 содержат по о разрядов в соответствии с разрядностьюинформационного входа 9 устройства,подключенного к первым входам 35(А 1. А ) сумматора 3, выходы которого соедийены с первыми входамимультиплексора 5. Кроме того, выходысумматора 3 подключены со сдвигомвправо на один разряд обеспечивающим деление на дна) к первым входамА Асумматора 4, первый входстаршего разряда Акоторого соединен через элемент НЕ б с выходом переноса сумматора 3. Сумматоры 3 и 4 45предназначены для вычитания кода регистра 1 из коцон, поступающих наих первые входы, при этом для получения дополнительного кода И старшихразрядов регистра 1 инверсные выходыэтих разрядов подключены ко вторымвходам сумматоров 3 и 4, а для получения дополнительного кода с округлением ),с учетом старшегс из отбрасываемых младших разрядов ) на нходыпереносов сумматоров 3 и 4 вместосигнала логической "1" подключаетсясигнал с инверсного выходы Е-го разряда. Мультиплексор 5 коммутируетна первые входы и младших разрядовпервого сумматора 2 либо код с ныходов сумматора 3 (при логическом "О"на его входах управления У / Уг ),либо код константы (минимального)приращения при логической "1" навходах Ч.,/Ч,), установленный на нторых входах мультиплексора 5, например код 001 (единица младшего ,разряда ).Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии в регистре 1 хранится код среднего значения Х; 1 случайной величины (шума ), полученный на предыдущем шаге вычисления. С поступлением на вход 9 устройства кода очередного измерения случайной величины Х на выходе сумматора 3, выполняющего сложение кода Хс дополнитеЛьным кодом Х; 1, формируется код разностий= Х;-Х; 3)При а ЭО на выходе переноса Р сумматора 3 действует сигнал логической "1", обозначающий, что уровень входного сйгнала не меньше уровня среднего значения случайной величины. Б этом случае с помощью сумматора 4 производится проверка на превышение уровня входного сигнала Х.трехкратной величины скользящего среднего Х;,. Сумматор 4,производящий сложение кода д , сдвинутого на один разряд вправо, т.е. уменьшенного н 2 раза, с дополнительным кодом скользящего среднего Х;, поступающим на его вторые входы (и вход переноса ), формирует на выходе код разности Лг.1 дг=l л Если йг,О, что соответствует случаю Х;т ЗХ , с определенной вероятностью можно считать, что последнее измерение Х; относится к анализируемому импульсному сигналу, и следовательно, по:ледкее измерение ке должно учитываться при определении величины скользящего среднего на очередном шаге вычислений. Приб;О на выходе переноса Р суммато 6 э. 4 сигнал принимает зкачейие логической "1", при этом на выходе элемента Н 7, на обоих входах которого действуют сигналы "1", также появляется сигналлогической "1", под действием которого ка первые входы младших Разрядон сумматора 2 с выхода мультиплексора 5 поступает код константы минимального приращения, напримеР 001, а ка входах старших раэрядон и на входе переноса сумматора 2 с элемента НЕ 8 поступает сигнал логическо го "О". Положительная константа добавляется к коду,.;с Регистра 1 н код суммы с сумматора 2 поступает на входы регистра 1. С поступлением на вход 8 устройства сигнала синхронизации код с сумматора 2 записывается н Регистр 1. Для нормальной Работы устройства задержка сигнала1 О синхронизации относительно поступления информации на вход 9 устройствадолжна быть достаточной для установления уровней сигналов на входахВ ,., Р регистра 1, а в регистре 1 должйй использоваться элементы 5памяти, воспринимающие входную информацию только в момент действияфронта сигнала синхронизации (например триггеры типа 9 с самоблокировкой),При В (О на выходе переноса сум 2матора 4, следовательно, на выходеэлемента И 7 сигнал принимает значение логического "0", под действием которого на первые входы сумматора 2 через мультиплексор 5 поступает код разности В с выхода сумматора 3. При этом 6 сли В 170, то напервые входы старших разрядов(Ая, А + и на вход переносасумматора 2 с выхода элемента НЕ бподается логической "0", т.е, насумматор 2 поступает прямой код разности В, а при В 0 результат вычитания на выходе сумматора 3 получается в дополнительном коде и напервых входах старших разрядов, атакже на входе переноса сумматора 2действуют сигналы логической "1",соответствующие дополнительному коду (о+к 1-разрядного числа30Среднее значение Х;, вычисляемоев устройстве, определяется в соответствии с рекуррентными выражениямиВ 2 И Х;"Х + , (3и ь,О Х=к. +где С - константа минимального приращения скользящего среднегопри наличии на входе устройства кода, значение которого, по крайней мере, в 3 раза превышает средний уровеньшума.Необходимость введения константы 45СО обусловлена тем, что при случайной установке в регистре 1 нулевого кода условиеВ ЭО всегда выполняется и изменение содержимого регистра 1 становится невозможным, если С=О.Назначение элемента И 7 заключается в исключении влияния переполнейия сумматора 4 при сложении двух отрицательных величин, когда сигнал на выходе его переноса принимает значение"1", несмотря на то, что фактически Дг 0Код скользящего среднего со старших разрядов регистра 1 поступаетна выход 10 устройства и не иэменяется до поступления следующего синхронизирующего импульса на вход 8 усР- ройства.Таким образом, в данном устройстве за один такт производится вычисление скользящего среднего значения шума, которое может использоваться в дальнейшей обработке для автоматической установки режимов пороговых устройств. По быстродействию и точности вычисления скользящего среднего данное устройство имеет преимущества по сравнению с известным. Получение выходного кода в данном устройстве производится за один такт записи в регистр нового вычисленного значения с задержкой относительно поступления кода на вход устройства, определяемой лишь временем задержки переключения логических элементов.Ошибка в оценке среднего значения при Х,(3 Х;в данном устройстве вотличие от известных устройств отсутствует, а при Х; Ъ ЗХ; 1 ошибка,обусловленная влиянием импульсного сигнала на среднее значение в данном устройстве, составляет единицу младшего разряда, уменьшенную в 2раз, в то время как в прототипе эта величина определяется амплитудой сигнала и может быть в несколько раэ больше,аказ.3 лиал ППП "Патент", г,ужгород, ул,Проектная,6/33 ТВНИИПИ Госудпо делам и113035, Моск раж 699рственногообретений иа, Ж, Ра Подписномитета СССРткрытийская наб д. 4,/