Устройство для вычисления среднеквадратического отклонения

(23) Приоритет М, Кл,б 06 Э 15/36б 01 Р 19/02 Государственный комитет Соввта Министров СССР оо делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 05.0 2) Авторы изобретения убяный, Г. ф. Гордиенк(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯСРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ОТКЛЯНЕНИ обретение отно к обдаст ехники и элекчислительн онной тть ис ожетройсттатильзовано в пр 1томатической орах и у бработки а стической ин Известнормации,стройство ля вычи ия едостаткам известет отнести большую о устройст сл сложность, свя тричного квадранной оценки,рощение устройение запную с приме ора, и получен е смеще ения - у из тв среднеквадратического отклонения, содержащее счетчик выборки, подключенный входом к управляющему входу устройс,ва, авыходом к управляющему входу генератора импульсов, регистр сдвига, комбинацонный сумматор, три элемента ИЛИ, триэлемента И, элемент задержки, подключенный выходом ко входу установки в единицу счетчика-делителя, управляющий входкоторого соединен с выходом счетчика выборки, четыре триггера, генератортактовых импульсов,Она достигается тем, что в устройствевыход первого элемента И подключен ковходу регистра сдвига, выход которогосоединен с первым входом комбинационного сумматора, подключенного выходомк первым входам первого и второ о элементов И, выход второго эелемента 11соединен со входом первого триггера, подкжоченного к первому входу третьего эломента И, второй вход которого соединенс выходом генератора импульсов, второйи третий входы комбинационного сумматора подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛ 11, 1 я выход третьего элемента И соодщген совходом генератора тактовых и; пульсовсоответствующие г;ыходы которого 1 юдкгыочены ко второму входу первого элементаИ ко входам второго. элемента ИЛ 11 к 20 соответствующим входам третьего эл. мспШта ИЛИ, к установочным входам вто 1 го,третьего и четвертого триггеров и ковторому входу ьторого э:сменка И, вторые установочные входы второго, третье го и четвергого тригтерои подк:дюены ксоответствующим выходам регистра сдви,-га, выходы второго и четвертого триггеров подключены к соответствующим вхсдам первого элемента ИЛИ, выход третьего триггера соединен с одним иэ входов второго элемента ИЛИ, другой входкоторого подключен к выходу счетчикаделителя; управляющий вход которого соединен со входом элемента задержки,На чертеже показано предлагаемоеустройство,Оно содержит сдвигающий регистр 1,.комбинационный сумматор 2, счетчик-делитель 3, счетчик выборки 4, элементыИ 5, 6, 7, элементы ИЛИ 8, 9, 10,триггеры 11, 12, 13, используемые вкачестве регистров, генератор 14 тактовых импульсовтриггер 15, ( управляемый) генератор импульсов 16 (управление разрешает или срывает генерацию),элемент задержки 17,Счетчик-делитель 3 и счетчик выборки 4 могут изменять коэффициент пересчета на равный величине требуемой выборки.Кроме того, счетчик-делитель 3уменьшает коэффициент пересчета на единицу при выдаче импульса переполнениясчетчиком 4. Сумматор 2 является комбинационным с несколькими входами: ооновным, сложения и вычитания, ТакойСумматор может быть синтезирован потаблице истинности или же собран иэ двуходноразрядных сумматоров на три входа,во втором случае сумматор проще.Сдвигающий. регистр 1 может выполняться в виде регистра на МОП-транзисторах, или в виде ультразвуковой линиизадержки. Под циклом сдвига будем понимать полный однократный сдвиг числа,записанного в регистре, т,е. число пробегает все ячейки регистра и принимаетисходное состояние, Под тактом сдвигабудем понимать сдвиг числа на один разряд. Следует .отметить, что сдвиг числапроисходит младшими разрядами вперед(на чертеже слева направо) непрерывночерез сумматор и элемент И 5. Приэтом если на входы сложения и вычитания сумматора не подаются сигналы, точисло в регистре сдвига сохраняется,При подаче сигнала только в самый младший разряд производится действие вмладшем разряде, а в более старшие разряды перенос задерживается элементомзадержки внутри сумматора,При подаче на основной вход и выхоцы сложения И (ИЛИ) вычитания чисел,синхронизированных с основным, производится суммирование И (ИЛИ) вычитани". во всех разрядах, перенос обраэует- ся и запоминается сумматором, Сдвиги Ю Ь 90 2 30 ЭЭ 60 происходят от генератора, синхронизированного с работой генератора тактовых импульсов 14 (цепи сдвига не показаны), а последний синхрониэирован с регистром сдвига.Регистр сдвига 1 условно разделен на три части и имеет промежуточные выводы. Генератор 14 вырабатывает импульсы вначале и конце каждой части (Н и К соответственно) и на протяжении тактовсдвига каждой части (римские цифры 1, ц,К на чертежев поле генератора 14),Гемнератор тактовых импульсов 14 управляется генератором 16 (или извне),Устройство работает следующим обраэом.В начале преобразования все элементысхемы устанавливаются в ноль, кромесчетчика-делителя 3, который устанавливается в единичное состояние, При приходесерии импульсов измерения одновременноприходит импульс Измерение" от датчика, Частота следования импульсов меньше частоты тактов сдвига в к раэ, (к -,число ячеек регистра сдвига), т,е. импульсы счета проходят через цикл сдвига,или другими словами импульсы ; "инхронизированы с работой схемы,Генератор тактовых импульсов на схеме показан разделенным на две части ус 1словно, для пояснения работы схемы, Устройство имеет два режима работы; набора данных и вычисления, В режиме набораданных работает часть А генератора 14,При приходе каждого импульса Х происходит следующее.При нахождении начала 1 части регистра сдвига на основном входе сумматореподается импульс ( выход 1 -14) черезэлемент ИЛИ 11 на вход сложения сумматора при нахождении начала П частирегистра сдвига на основном входе сумматора подается импульс ( Н ) черезэлемент ИЛИ 9 на счетчик-делитель 3,первый импульс. переполнит счетчики икаждый и импульс также будет переполнятьсчетчик, при этом через элементИЛИ 8 импульс подается на вход сложения сумматора 2,После прохождения и серий импульсовХ во второй части регистра сдвига запишется, накапливаясь, число;х =ЕЕЬ) .и. йравное среднему арифметическому, где .Е ( И ) - целая часть числа Р в скобках,В моменты времени, когда нет импульса измерения, на вход элемента И 5 генератор 14 во время 1 части подаст эапирающий импульс и 1 часть каждый разстирается. Во время действия импульсаИзмерение" в 1 части записывается,накапливаясь эа Х 1 циклов сдвига, числоХ;.При нахождении начала Й части регистра сдвига на основном входе сумматора 2 импульс с выходом П 1 подаетсина триггеры 12 и 13, подготавливая ихк приему импульсов, кроме того, в начале 1 И части подаются импульсы выходК 1, ) на входы сложения и вычитаниячерез соответствующие элементы ИЛИ,Сдвигающий регистр 1 имеет промежуточные выходы через КИ КЕ+ К 1разрядов от начала регистра сдвига (слева на чертеже), где К 1 иКБ-числа разрядов 1 и Й частей, триггеры 12 и 13.задерживают импульс с промежуточныквыходов на один такт сдвига. Таким образом, на сумматор проследуют задержанные на один такт числа с 1 и 11 частейсумматора через триггер 13, элементИЛИ 8 и триггер 12, элемент ИЛИ 10соответственно,При записи первой серии Х через сумматор в Ш часть запишктся:Хв 2-ф. 3 (2 Х; -1):.Х, Х 2кф) через 13 и 8;хс 1+А 1г через 12 и 10,где 2 получено за счет сдвига в сторону старшего разряда на единицу, так кактакой сдвиг равносилен умножению на два;+ 1 в скобках получается за счет вышеуказан ного действия генератора 14 ( выход И Н ) . Умножение и на выражение в квадратных скобках получается за счет тогочто содержимое второй части регистрасдвига вычитается с третьей части Праз, пока со счетчика-делителя 3 импульсне изменит содержание части Д, т.е,сначала й раз вычитается 1, затем Праз - 3, затем П раз - 5 и т,д,При приходе второй серии импульсов2проследует +Х - через триггер 13 иделитель 3,цк+к)Е Е( о, ) 1 г через элеменЕл) ты 12 и 10,Таким образом, после П серий импульсов в П 1 части регистра сдвига запишется:и е 12 х;) и хл - 2 Е(-л)13 Е пЕРФ2 - дх 2 =Я(П.-1)х,1): - ", ( х. - ИХ)дисперсия. После прохождения и серий импульсов счетчик выборки 4 переполнится иЬключит генератор 16 и часть В генера1тора тактовых импульсов 14, включив Ь часть А, переключит счетчик-делитель,уменьшив коэффициент п,ресчета его на,единицу, и через элемент задержки 17 установит счетчик 3 в единичное состояние,Элемент И 7 открыт нулевым выходомриггера 15, Импульсы с герератора 16,синхронизированные с работой схемы, такчто его частота равна частоте цикла сдвига, управляет работой анхел.ы. Импульс вначале 1 части регистра 1 через элемент ЬИЛИ 9 поступит на вход счетчика-делателя 3, переполнит его, и импульс с последнего запишется в 1 часть регистрасдвиги, число во 11 части сдвига сохраняется.яф В начале третьей части1 И) вычтется импульс. Одноразрядный триггер 11задерживает на один такт число, записанное в 1 части, Аналогишо описанномуранее из третьей части вычитается г 1 -1щ раз сдвинутое на разряд число первой части, а в первой части запишется, накапливаясь, число 8 , а из третьей части вычтется число;.ф(П-) Е 12 к+ 13 = ( и-) ЗяПроцесс закончится, когда в конце Шчасти на выходе сумматора 2 выработается единица (регистр сдвига должен бытьрассчитан так чтобы нормально в последнем разряде Ш части был ноль), котораявырабатывается прп "заеме", т.е. числов Ц 1 части на цикл раньше было равнонугцо импульс в конце 1 И частиШ К )опрашивает элемент И 6, опрокшет триг- гер 15, который закроет элемент И 7, В401 части будет записано число Вкотороо можно определить из равенства:,)с;2 - д (П 1)т,е, 6 =Д - равное среднему45 квадратическомунесмешепному отклонениюДля нормальной работы число разрядов в Щ частидолжно бьггь больше6 Кк или К 1, так как в процессе накопления в ней записывается в начале набора величина Ех, гораздо большая,2чем П ( Ы.)2,и,Такое устройство практически может5 работать с нескольки"и десятичными разрядами, без существенного усложнениясхемы при увеличении. числа разрядов, .- Упрошение достигается тем, что применяется сдвиговый регистр, который мо 40 жет выполняться в виде оцной иптег 1 аль7ной схемы, комбинационный сумматор,что позволит совместно отказаться отгромоздких параллельных сумматоров илиреверсивных счетчиков, как в известныхустройствах. Счетчик-делитель 3 несетдвойную нагрузку: делит число импульсовпри вычислении среднего арифметического, при его помощи умножается на й ква драт среднего арифметического в режименакопления и на й -среднее квадратпческое в режиме вычисления,Такое устройство занимет объем в несколько раз меньший, чем существующие, и работает при любой наперед заданной выборке, Генератор тактовых импульсов условно показан на чертеже разделенным на две части. В действительности он один, только на выводах в зависимости от вида работ вырабатываются раз личные серии импульсов. Такой генератор может выполняться многимп методами, в частности, на базе счетчиков с дешифратором или многофазного элемента задержки,Формула изобретенияУстройство для вычисления среднеква= дратического отклонения, содержащее счетчик выборки, подкщоченный входом к управляющему входу устройства, а выходом к управляющему входу генератора импульсов, регистр сдвига, комбинационный сумматор, элементы ИЛИ, элементы И, элемент задержки, подключенный выходом ко входу установки в единицу счетчика-делителя, угравляюший вход которого соединен с выходом счетчика выборки, четыре триггера, генератор тактовых импульсов; о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, в нем выход первого элемента И подкжочен ко входу регистра сдвига, выход ко торого соединен с первым входоь: комбинационного сумматора, подключенного. выходом к первым входам первого и второ го элементов И, выход второго элемента И соединен со входом первого триггера, подключенного к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй и третий входы комбинационного сумматора подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, выход третьего элемента И соединен со входом генератора тактовых импульсов, выходы которого подключены соответственно ко второму входу первого элемента И, ко входам второго элемента ИЛИ, ко входам третьего элемента ИЛИ, к установочным входам второго, третьего и четвертого триггеров и ко второму вхо ду второго элемента И, вторые установочные входы второго, третьего и четвертого триггеров подключены к соответствующим выходам регистра сдвига; выходы второго и четвертого триггеров подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, выход третьего триггера соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу щсчетчика-делителя, управляющий вход которого соединен с входом элеме.та задержки.518777 Составитель В, Жовинскийбаранова Техред И. Ковач, Корректор И. Гоксич актор ССР илиал ППП Патентф, г, Ужгород, ул.,ПроектнаяЗаказ 1785/259, Тираж 864ПодписноеИНИИПИ Государственного комитета Совета Министровпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/