Устройство для вычисления скользящего среднего

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5В G 06 F 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ (21) 3373675/18-24 (22) 25, ° 12.81 (46) 15.04.83. Бюл.914 (72) A.Í. Белевич, А.В. Ефремов, A.È. Колгин, И.В . Корелов и В.A. Кошелев (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 278227, кл. G 06 F 15/36., 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 762009, кл. G 06 F 15/36, 1978. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕ

НИЙ СКОЛЬЗЯЩЕГО СРЕДНЕГО, содержащее суычатор, выход которого подключен к информационному. входу. первого регистра, генератор тактовых импульcos„ выход которого соединен с управлякицим входом второго регистра, вы:ход которого подключен к первому ин . формационному входу сумматора, о тл и ч а ю щ е е с.я тем, что, с целью повыаения точности и быстродействия устройства, в него введены коммутатор и блок управления, при этом первый выход блока управления

„,SuÄÄ1 012272 .А подключен к управлянщим входам ком татора и сумматора, второй информационный вхоц которого соединен с выходом коммутатора, первый информационный вход которого является входом устройства, второй информационный вход коммутатора подключен к выходу первого регистра, управляющий вход которого соединен со вторым выходом блока управления, вход которого под ключен к выходу генератора тактовыми импульсов, выход сумматора соединен с информационным входом второго регистра, выход которого является выходом устройства.

С2

2..устройство по п.1, о т л и - 9 ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит триггер и делитель частоты, входы которых объединены и являются входом блока управления, вы С ход триггера является первым выходом блока, выход делителя частоты является вторым выходом блока.

4:>

1012?72

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для определения скользящего среднего в устройствах обработки цифровой информации в цифровых измерительных приборах и других устройствах.

Известно устройстводля статистической обработки результатов измерений со скользящей выборкой, содержащее входной блок, коммутатор, элемент задержки, счетчики-хранители информации, количество которых равно объему выборки N,N элементов И, через которые производится запись кода со входа в счетчики-хранители информа- 15 ции, генератср импульсов, реверсивный счетчик t„1).

Недостатками устройства являются большой требуемый объем памяти и низкое быстродействие. 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для вычисления скользящего среднего, содержащее генератор тактовой частоты, первый и второй 25 регистр, два сумматора.

Адгоритм работы устройства описывается разностным уравнением

30 где q(T) Qq; gag — значения выходно. го кода устройства соответственно в момент )5 времени iT u (i-l)T;

x(iT) — . — значение входного

1 кода в момент времени 1Т; 40

1 номер момента времени (i=1,.2,.) 1

Т интервал дискретизации, и объем выборки.

В известном устройстве запись текущего значения входного кода

x(iT) произвоцится в первый регистр, а предыдущее значение выходного кода gp(1-))T g записывается во второй регистр памяти. Операция деления на и предыдущего значения выходного кода осуществляется на втором регистре путем отбрасывания k-младших разрядов кода. Операция вычитания Ц1 -1> 55

T)- ф Ц) q)T) реализуется с помощью первого сумматора путем сложения кода уменьшаемого 3$(4-1),T g C дополнительным кодом вычитаемого1)М SP(),д, Операция сложения текущего значения вЂ, <0 входного кода. с кодом разностиЯ 6- 1),Ц

>gP(j q), ) реализуется на втором сумматоре. Выходной код второго сумматора является текущим значением выходного устройства 2 .

Недостатками этого устройства являются наличие постоянно присутствующей ошибки при вычислении скользящего среднего и большое время установления стационарного режима вычис ления скользящего среднего, которое при скачкообразном изменении входной величины в практически возможных случаях составляет 3-8 периодов усреднения. С учетом выбранного интервала дискретизации Т период усреднения в данном случае равен NtT.

Цель изобретения — повышение точ- ности и быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для вычисления скользящего среднего, содержащее сумматор, выход которого подключен к информационному входу первого регистра, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющим входом второго регистра, выход которого подключен к первому информационному входу сумматора, введены коммутатор и блок управления, при этом первый выход блока управления подключен к управляющим входам коммутатора и сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом коммутатора, первый информационный вход которого является входом устройства, второй информационный вход коммутатора подключен к выходу первого регистра, управляющий вход которого соединен со вторым выходом блока управления, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход сумматора. соединен с информационным входом второго регистра, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, блок управления содержит триггер и делителв частоты, входы которых объединены и являются входом блока управления, выход триггера является первым выходом блока, выход делителя частоты является вто-, рым выходом блока„

На фиг.1 представлена функциональная схема предложенного устройства для вычисления скользящего среднего," на фиг.2 - то же„ блока управления.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 управления, коммутатор.З, сумматор 4, первый регистр 5 (хранения в течение времени обработки текущей выборки вычисленного среднего значения кода из объема предыдущей выборки), второй регистр б (хранения в течение одного такта выходного текущего значения кода скользящего среднего).

Блок 2 управления (фиг.2) содержит делитель частоты 7, триггер 8, Устройство работает следующим образом..

1012272

Коммутатор 3, имеющий разрядность

n+2k, подключает по сигналам с первого выхода блока 2 управления ко второму входу (n+2k)-разрядного сумматора 4 поочередно либо входной п-разрядный двоичный код, либо

5 (n+2k)тразрядный инверсный код с выхода регистра 5. Количество разрядов определяется по двоичному логарифму числа М значений входного кода, составляющих объем выборки. Выход сумматора 4 подключен поразрядно к соответствующим разрядный входным ,цепям (n+2k)-разрядного регистра б, выход которого подключен:поразрядно к первому входу сумматора 4 для обес- 15 печения. работы в режиме накапливающего сумматора ° Вместе с этим (n+k) старших разрядов сумматора 4 подключены к (n+k) входным цепям регистра 5, соответствующие инверс- 20 ные выходы которого используются в качестве (n+k) младших. разрядов инверсного кода. Таким образом, при записи значений кода из сумматора 4 в регистр 5 осуществляется смещение в. сторону младших разрядов на k разрядов, т.е. реацизуетбя операция деления на N=2 и инверти рование полученных значений младших (n+k) разрядов кода. При этом значения k старших разрядов полной разрядной сетки кода со стороны входа регистра 5 не заполнены, т.е. равны нулю. Поэтому соответствующие им значения k старших разрядов инверсного кода на выходе регистра 5 формируются как постоянные одинаковые сигналы логической "1", для пе редачи которых через коммутатор 3 при технической реализации достаточно однопроводной линии связи, с кото-40 рой на выходе сумматора 3 соединены старших разрядов второго входа сумматора 4. Для выполнения операции вычитания образуется дополнительный код на основе сформированного инверс-45 ного кода регистра 5 путем подачи на вход переноса сумматора 4 сигнала логической "1" - с первого выхода блока 2 управления. Этот сигнал поступает в те промежутки времени, ког- 50 да через коммутатор 3 на второй вход сумматора 4 передается с регисТра

5 инверсный код. К выходу генератора

1 тактовых импульсов подключены вход блока 2 управления и управляющий вхОд,. регистра б. Выход регистра 6 является выходом устройства, с которого снимается текущее значения обрабатывае-. мых величин в форме и-разрядного па-.. раллельного кеда.

Алгоритм работы устройства описы-. вается разностным уравнением

ЧМ т)=УМ- )И- Я)NT)+70;т), 65 где 9(,T), ((-3),т3 значения выход. ного кода устройства соответственно в моменты времени IT,(i-1)T; — значение входного кода в момент времени

ITp — среднее значение кода на объеме предыдущей выборки, номер отсчета дискретных вре- менных значений. номер такта, номер отсчета дискретных временных значений; х(1,т}

q (I4,т) (I =1 г 2 ю 3. ° ° )

i тания Я(-1) Т1+Х (1 Т) - Ng(j Nr), Полученное на выходе сумматора 4 текущее среднее значение кода записывается в регистр б по заднему фронту четного импульса генератора 1 тактовых импульсов, при этом триггер 8 блока

2 управления возвращается в*исходное положение. Запись в регистр 5 с выхода сумматора 4 производится в каждом такт; по заднему фронту импульса, поступающего со второго выхода блока

2 управления. Этот импульс формирует-о - 1- — целая часть (j=0,1,2,...)

Т вЂ” интервал дискретизации, N — объем выборки.

Каждый 1-ый акт работы устройства состоит из полутактов,определяемых двумя соседними импульсами (нечетным и четным) генератора 1 тактовых импульсов. В первом полутакте входной код поступает через коммутатор 3 на второй вход сумматора 4 и суммируется в нем с кодом $Q(i-1)7) регистра б. Полученное на выходе сумматора

4 значение кода суммыgp(a))T)+ (1,Т) записывается в регистр б йо заднему фронту нечетного импульса генератора

1 тактовых импульсов, который воздействует также на триггер 8 и изменяет

1 состояние его выхода с логического

"0" на логическую "1". Во втором полу. такте под действием сигнала логической "1" с выхода блока 2 управления (триггер 8) в коммутаторе открывается цепь для пропускания на второй вход сумматора 4 инверсного кода с выхода регистра 5. В результате суммирования прямого кода регистра б и дополнительного кода запомненного в )М-ом такте значения кода регистра 5 в сумматоре 4 реализуется операция вычи1012272

d - — %

gn айаг. 2

Составитель Л. Григороян-Чтенц

ТехредТ. Иаточка Корректор A. Ильин

Редактор М, Келемеш

Заказ 27fi1/61 . Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 ся в делителе 7 (коэффициент деления равен 2 N) синхронно с соответствующим четным импульсом генератора 1 тактовых импульсов. Первые М тактов, регистр 5 сохраняет запись нулевого значения кода Ч (О,Й,Т) =О

5 ,На практике широко распространены случаи, когда вычисление скользящего среднего должно проводиться при обработке процессов, имеющих близко соприкасающиеся области частотных диапазонов составляющих из сигналов: область нижних частот диапазона ста.. ционарных случайных возмущений и область верхних частот диапазона низкочастотных регулярных измене-, 15 ний входной величины. При этом все регулярные низкочастотные и скачкообразные изменения входной величины, превышающие по времени следования период усреднения, должны обрабаты- 2П ваться с возможно меньшим искажением, т.е. без усреднения. В известном . устройстве формирование скользящего среднего осуществляется по закону, близкому к экспоненциальному, т.е. 25 в нем реализован асимптотический процесс приближения к точному результату. Поскольку точность ограничена значением младшего разряда кода усредннемо3 величины, то переходный процесс установления стационарного режима вычисления не обесконечен, а заканчивается эа несколько периодов усреднения (практически от 3 до

8, как показали результаты обработки записей кривых реального процесса изменения информации) в зависимости от величины скачкообразного изменения входной величины (от малых отклонений до полного изменения). За это время в устройстве происходит.обработка текущих изменений регулярной низкочастотной составляющей процесса.

По укаэанным причинам при использовании результата усреднения полученного в течение одного периода усреднения, в известном устройстве ошибка составляет примерно ЗОВ от величины скачкообразного изменения входной величины, тогда как в предложенном устройстве при тех же условиях результирующая ошибка не превышает значения младшего разряда кода усредняемой величины, т.е.

Время установления стационарного режима вычисления скользящего среднего равно одному периоду усреднения.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью вычисления скользящего среднего при образовании результатов в течение одного периода усреднения и обеспечивает уменьшение в несколько раз времени установления стационарного режима вычисления скользяще- го среднего.