Устройство для вычисления среднеквадратического отклонения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ САИДИ ЕЛЬСеВУ

Союз Советских.

Социалистических

Республик () i) 51 &777

/ (51) М. Ел, & 06 1 15/36

& 01 Р 19/02 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено28,10. 74(21) 2071458/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубли ковано 25.06. 76.Бюллетень № 23 (45) Дата опубликования описания 05.07.76

Государственный комитет

Соввта Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК68.1 323 .510,2(088.8) (72) Авторы изобретения

В. 3, Лубяный, Г, Ф. Гордиенко и A. В, Божко (T1) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО OTKJIQHEHHH

Изобретение относится к области электронной вычислительной техники и может быть использовано в приборах и устройствах для автоматической обработки статистической информации, Известно устройство для вычисления среднеквадратического отклонения, содержащее счетчик выборки, подключенный входом к управляющему входу устройс.ва, а выходом к управляющему входу генератора импульсов, регистр сдвига, комбинационный сумматор, три элемента ИЛИ, три элемента И, элемент задержки, подключенный выходом ко входу установки в единицу счетчика-делителя, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика выборки, четыре триггера, генератор тактовых импульсов, К недостаткам известного устройства следует отнести большую сложность, свя занную с применением матричного квадратора, и получение смещенной оценки, Цель изобретения — упрощение устрой ства.

Она достигается тем, что в у<,тройстве выход первого элемента И подк цоч -:н ко входу регистра сдвига, выход кс-торого соединен с первым входом комбинационного сумматора, подключелног0 выходом к первым входам первого и второ о ->„с:— ментов И, выход второго эелемента И соединен со входом первого триггера, подкжоченного к первому входу третьего эло мента И, второй вход которогD соединен с выходом генератора импульсов, второй и третий входы комбинационного сумматора подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, тя выход третьего элемента И соединен со входом генератора тактовых и. пульсов, соответствующие;;ыходы которого подкгыочены ко второму входу первого элемента

И> ко входам второго. элемента ИЛИ> к соответствующим входам третьего эл. мслта ИЛИ, к установочным входам вто1-.:.го, третьего и четвертого триггеров и ко второму входу второго э:>сменка И, вторые установочные входы втор. го, третье25 го и четвертого триггеров подк ilo »>ны к

518777!

О

IS

ЯО

ЭЭ соответствующим выходам регистра сдви«, -га, выходы второго и четвертого триггеров подключены к соответствующим вхо дам первого элемента ИЛИ, выход третьего триггера соединен с одним из входов второго элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу счетчика делителя; управляющий вход которого соединен со входом элемента задержки, На чертеже показано предлагаемое устройство, Оно содержит сдвигающий регистр 1, комбинационный сумматор 2, счетчик-делитель 3, счетчик выборки 4, элементы

И 5, 6, 7, элементы ИЛИ 8, 9, 10, триггеры ll, 12, 13, используемые в качестве регистров, генератор 14 тактовых импульсов„триггер 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 вы« борки, .Кроме того, счетчик-делитель 3 уменьшает коэффициент пересчета на единицу при выдаче импульса переполнения счетчиком 4. Сумматор 2 является комбинационным с несколькими входами: ооновным, сложения и вычитания. Такой сумматор может быть синтезирован по таблице истинности или же собран из двух одноразрядных сумматоров на три входа, во втором случае сумматор проще.

Сдвигающий. регистр 1 может выполняться в виде регистра на МОП-транзисторах, или в виде ультразвуковой линии задержки. Под циклом сдвига будем понимать полный однократный сдвиг числа, записанного в регистре, т,е. число про. бегает все ячейки регистра и принимает исходное состояние. Под тактом сдвига будем понимать сдвиг числа на один разряд. Следует отметить,. что сдвиг числа происходит младшими разрядами вперед (на чертеже слева направо) непрерывно через сумматор и элемент И 5. При этом если на входы сложения и вычита» ния сумматора не подаются сигналы, то число в регистре сдвига сохраняется, При подаче сигнала только в самый младший разряд производится действие в младшем разряде, а в более старшие разряды перенос задерживается элементом задержки 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 образует

:ся и запоминается сумматором, Сдвиги происходят от генератора, синхронизированного с работой генератора тактовых импульсов 14 (цепи сдвига не показаны), а последний синхронизирован с регистром сдвига.

Регистр сдвига 1 условно разделен на три части и имеет промежуточные выводы.

Генератор 14 вырабатывает импульсы в начале и конце каждой части (Н и К со ответственно) и на протяжении тактов сдвига каждой части (римские цифры I П, К на чертеже в поле генератора 14), Ге- нератор тактовых импульсов 14 управля ется генератором 16 (или извне), Устройство работает следующим обра зом.

В начале преобразования все элементы схемы устанавливаются в ноль, кроме счетчика-делителя 3, который устанавливаf ется в единичное состояние. При приходе серии импульсов измерения одновременно приходит импульс Измерение" от датчика, Частота следования импульсов меньше частоты тактов сдвига в к раз, (к -. число ячеек регистра сдвига), т,е. импульсы счета проходят через цикл сдвига, или другими словами импульсы с; "инхронизированы с работой схемы, Генератор тактовых импульсов на схеме показан разделенным на две части ус1 ловно, для пояснения работы схемы, er ройство имеет два режима работы: набо ра данных и вычисления. В режиме набора данных работает часть А генератора 14, При приходе каждого импульса Х про исходит следующее.

При нахождении начала I части регистра сдвига на основном входе сумматоре подается импульс (выход I„-14) через элемент ИЛИ 11 на вход сложения сумматора при нахождении начала II части регистра сдвига на основном входе сумматора подается импульс (Ин ) через элемент ИЛИ 9 на счетчик-делитель 3, первый импульс. переполнит счетчики и

)каждый и» импульс также будет переполнять счетчик, при этом через элемент

ИЛИ 8 импульс подается на вход сложения сумматора 2, После прохождения tl серий импульсов

Х во второй части регистра сдвига запишется, накапливаясь, число: х =E(E )= и A равное среднему арифметическому, где

Е (И ) целая часть числа Я в скобках, В моменты времени, когда нет импульс са измерения, на вход элемента И 5 генератор 14 во время I части подаст за пирающий импульс и I часть каждый раз

I стирается. Во время действия импульса

518777

"Измерение в 1 части записывается, накапливаясь эа Х циклов сдвига, чис лоХ;.

При нахождении начала Й части регистра сдвига на основном входе сумма тора 2 импульс с выходом HI подается на триггеры 12 и 13, подготавливая их к приему импульсов, кроме того, в начале III части подаются импульсы (выход

Nt ) на входы сложения и вычитания через соответствующие элементы ИЛИ, Сдвигающий регистр 1 имеет промежуточные выходы через К11, КЕ+ К1 разрядов от начала регистра сдвига (сле ва на чертеже), где KI и КБ-числа раз» рядов I и Д частей, триггеры 12 и 13задерживают импульс с промежуточнык выходов на один такт сдвига. Таким образом, на сумматор проследуют эадержаж ные на один такт числа с I u II частей сумматора через триггер 13, элемент

ИЛИ 8 и триггер 12, элемент ИЛИ 10 соответственно, При записи первой серии Х через сумматор в III часть запишется: х, - (gx; 1) =х, х, к) „„через 13 и 8: (2E (— )+Лп через 12 и 10, где 2 получено за счет сдвига в сторону старшего разряда на единицу, так как такой сдвиг равносилен умножению на два; + I в скобках получается за счет вышеуказан ногодействиягенератора 14 (выход (ИH ).

Умножение и на выражение в квадратных скобках получается за счет того, что содержимое второй части регистра сдвига вычитается с третьей части П раз, пока со счетчика-делителя 3 импульс не изменит содержание части ц, т.е, сначала tl раз вычитается I,,затем П раз - 3, затем П раз - 5 и т д, При приходе второй серии импульсов

2 проследует +Х - через триггер 13 и целитель 3, Е(> "а)

"ерез элементы 12 и 10, Таким образом, после П серий импульсов в Ш части регистра сдвига запишется: и Е(Ю) - г, х E -пЕ (2(("Ич 1)-ех .-пЕ(2х+ф б

) n.Х2 3(П 1)

Х, 1 где ) = л"-((Ех Х ) дисперсия.

После прохождения rl серий импуль сов счетчик выборки 4 переполнится и

Ьключит генератор 16 и часть 5 генера

1 тора тактовых импульсов 1 4, включив

Ь часть А, переключит счетчик-делитель, уменьшив коэффициент и ресчета его на ,единицу, и через элемент задержки 17 ус тановит счетчик 3 в единичное состояние, Элемент И 7 открыт нулевым выходом риггера 15, Импульсы с герератора 16, синхронизированные с работой схемы, так что его частота равна частоте цикла сдвига, управляет работой анхел.ы. Импульс в начале I части регистра 1 через элемент !

Ь

ИЛИ 9 поступит на вход счетчика-делит ля 3, переполнит его, и импульс с последнего запишется в 1 часть регистра сдвига, число во Ц части сдвига сохраняется. яр В начале третьей части (Hf„) вычтется импупьс. Одноразрядный триггер 11 задерживает на один такт число, записанное в Iчасти,,Аналогишо описанному ранее из третьей части вычитается Vt -1

Q раз сдвинутое на разряд число первой части, а в первой части запишется, накапчиваясь, число S, а из третьей части вычтется число: ,+(n- ) Е(23 -1) =(и-<)s

Процесс закончится, когда в конце Ш части на выходе сумматора 2 выработа- . ется единица (регистр сдвига должен быть рассчитан так, чтобы нормально в последнем разряде К части был ноль), которая вырабатывается прп "заеме", т.е. число в Ц1 части на цикл раньше было равно нуги, импульс в конце ff(части (Ш К ) опрашивает элемент И 6, опрокш|ет трнг» гер 15, который закроет элемент И 7, В

I части будет записано число В, кото ро" можно опрецелнть из равенства: (и )S2 =)3 (П-1) т.е. 5 = g - равное среднему

45 квадратическому несмешепному отклонению, Для нормальной работы число разрядов в J(f части (@ должно бьггь больше

5ОК> или К1, так как в процессе накопления в ней записывается в начале набора величина Кх гораздо большая, 2 чем П (Ы.)

A.

Такое устройство практически мож т

Ьбработать с нескольки" и десятичными разрядами, без су|цественного усложнения схемы при увеличении. числа разрядов,-Упрошение достигается тем, чт о применяетсяя сдвиговый регистр, который мо40жет выполняться B виде оиной интег1 аль«51 8777

7 ной схемы, комбинационный сумматор, что позволит совместно отказаться от громоздких параллельных сумматоров или реверсивных счетчиков, как в известных устройствах. Счетчик-делитель 3 несет двойную нагрузку: делит число импульсов при вычислении среднего арифметического, при его помощи умножается на и ква-1 драт среднего арифметического в режиме накопления и на и - среднее квадратп-.

1 ческое 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 изобретения

Устройство для вычисления среднеква= дратического отклонения, содержащее счетчик выборки, подкгпоченный 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: комби национного сумматора, подключенного. выходом к первым входам первого и второ

-го элементов И, выход второго элемента И соединен со входом первого тригге.ра, 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 с@ счетчика-делителя, управляющий вход которого соединен с входом элеме.па заФ держки.

518777

Составитель В. Жовинский

Редактор Т. Баранова Техред И. Ковач, Корректор И. Гоксич ,Заказ 1785/259:. Тираж 864 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r, Ужгород, ул,,Проектная, 4