Цифровой фильтр

 

ОПИС

ИЗОБР

K АВТОРСКОМУ

Союз Советскик

Социалнстныесаи х

Республик

1ИЬ38969 (61) Дополнительное (22) Заявлено 27,0976 с присоединением 3 (23) Приоритет— (чЗ) Опубликовано 2 (45) Дата опубликов

Я) М. Кл. 06 15/32

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Ао делам изобретений и открытий

58) УДИ. 681. 325 (088. 8) (72) Авторы изобретения А. В. стакло, и. н. 1ринчук и с. Я. квитко (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в аппаратуре для измерения и цифровой обработки в реальном масштабе времени информации, поступающей от цифровых геофизических датчиков, в частности от цифровых гравиметров.

Известен цифровой фильтр, предназначенный для обработки информации и анализа статистических характеристик 10 случайных процессов, который входит в состав устройства для вычисления дисперсии (11 .

Этот фильтр содержит накапливающий сумматор, накапливающий вычитатель, элементы И, ИЛИ, схему управления и построен по рекурсивной схеме. В сумматоре содержится предыдущее значение выходного сигнала. В вычитателе обраеуется и хранится в течение цикла вычислений разность поступающего входного сигнала и содержимого сумматора. В очередном цикле вычислений каждый разряд вычитателя суммируется с определенным разрядом сумматора.та-. "

5 ким образом, деление на коэффициент, определяющий постоянную времени фильтра,производится путем сдвига содержимого вычитателя вправо. Недостатками этого фильтра являются сложность, невысокое быстродействие из-за возможности переносов во всех разрядах сумматора и вычитателя, необходимость специального регистра (вычитатель) для хранения предыдущего значения разности, Известен также цифровой фильтр, содержащий схему деления входного кода, схемы формирования параметров фильтрации, схему умножения, сумматор, схему запоминания предыдущего значения кода, элементы И, элементы ИЛИ, схемы деления с запоминанием, устрой" ство анализа динамической погрешности (2J . Фильтр работает по тому же алгоритму,что и приведенный. Отличие заключается в том, что существуют специальные схемы для вычисления коэффициентов, определяющих постоянную времени фильтра. Недостатки фильтра заключаются в большой сложности, невысоком быстродействии из-эа возникающих переносов в разрядах сумматора и из-эа длительности процессов умножения и деления. Фильтр усложнен специальными схемами умножения и деления и регистрами запоминания предыдущих значений кодов.

Наиболее близким к предложенному по технической сущнос ти является циф638969

3 роной фильтр, содержащий сумматор, сдвиговый регистр, элементы И, ИЛИ (3(.

Коэффициент фильтрации задается конструктивным путем. Вычисления производятся н обратном коде благодаря применению схемы запрета, Недостатки фильтра заключаются в сложности из-за наличия двух элементов задержки, каждый из которых представляет собой регистр с большим количеством разрядон, в невысоком быстродействии иэ-за циклического переноса единицы при работе в обратном коде. Все принеденные )О схемы из-эа сложности практически не могут быть использованы для многокаскадного фильтра. Между тем, для цифровых морских гравиметрон, например,, требуется кратность фильтра до 10, так как коэффициент подавления помех однокаскадным устройством совершенно недостаточен, Цель изобретения — упрощение и повышение быстродействия цифрового филь- 0 трар

Это достигается тем, что Он соцержит блок вычитания и триггер, выход которого через лоследовательно соединенные первый элемент И, элемент ИЛИ

26 подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с первым выходам сдниганого регистра, выход сумматора подключен ко входу сдвигоного регистра, второй выход которого соединен с выходом цифрового фильтра и с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с первым входом цифрового фильтра, выход -- под,ключен ко входу триггера и к первому входу второго элемен-а И, выход кото- 36 рого соединен с соответствующим входом элемента ИЛИ, вторые нходы элементов M подключены ко второму входу цифрового фильтра.

Простота фильтра позволяет применять многокаскадную фильтрацию, повысив, тем самым,. качество фильтрации.

Благодаря введенным изменениям н схему становится возможным обойтись одним элементом памяти — регистром сдвига, который ныполняет и функции элемента задержки, имеющегося н из- 45 нестном фильтре.

Кроме упрощения, изобретение позвоJiRBT выпОлнять ОднОвременна HB кОлька операций,,что увеличивает быстродействие фильтра. 50

На чертеже дана функциональная схема цифрового фильтра.

Он.содержит блок 1. вычитания, триггер 2, элементы И 3,4, элемент ИЛИ 5., сумматор б, сдвиганый регистр 7, входы 8, 9 и выход 10 цифрового фильтра.

На в-орые входы элементов Й со входа 9 поступают сигналы управления (устройство управления не показано).

В предложенном фильтре реализует" ся алгоритм решения разностнога управления ц я ) - ц(п - ()+к Х и ("3- ц(п ) - тЯ, где М вЂ” текущее значение входного сигнала;

Ц вЂ” текущее значение выходного сигнала;

7 -— . единичное время задержки;

K — параметр слаживания, К-2

Данный фильтр имеет передаточную функцию н 2, — представлении

" - -(-(3-1 гдето — оператор единичной задержки.

Таким образом, фильтр является рекурсивным.

Характерной особенностью фильтра является наличие лишь одного регистра, используемого для запоминания

1((П Р - )" ), а разность((П73-g(П (- ) 31 н процессе вычислений образуется поразрядно и поступает на сумматор без хранения ее целиком.

Фильтр работает следующим образом.

Пусть после g --ой рекурсии н регистре 7 содержится П -oe значение ньжодного сигнала ц (nf-т), имеющее (0+0+1) разрядов. На выход снимается код с выхода 10,округленный до (tl+1)— разряда. Этот же код поступает на вход блока 1 вычитания. На другой нход вычитателя постугает входной сигнал

Х(п ). Разность через открытый элемент

И 3 поступает на элемент ИЛИ и далее на вход сумматора 6. Знакомый paýðÿä разности запоминается триггером 2 для последующего осушествления модифицированного сдвига.

После передачи на вход сумматора разности элемент И 3 закрывается и открывается элемент И 4, пропускающий на сумматор 0 при (Х- ) () и 1 при (к- ) О

Одновременно с выхода регистра содержащееся н нем число проходит на вход сумматора. Таким образом, на место выдвинутых иэ регистра разрядов числа поступают младшие разряды нового значения.

Следовательно, одновременно выполняются операции получения разности> суммирования, записи получаемой суммы н регистр и перестройки фильтра путем подключения на выход регистра одного иэ младших его разрядов.

Эффективность применения фильтра заключа=-тся н угрощении и удешевлении схемы и,- как следствие, в повышении надежности ее работы. Возможность использования только одного регистра позволяет более, чем на ЗОЪ сократить затраты микросхем на фильтр. За счет совмещения операций вдвое сократилась длительность цикла фильтрации и повысилась быстродействие схемы. При тактовой частоте 1 мГц цикл фильтрации занимает около 30 мкс, чта позволяет работать с частотой опроса датчиков до 30 кГц. Простота фильтра позволяет осуществлять многократную фильтрацию путем последовательного нключе638969

Формула изобретения

Составител A.Æåðeèoâ

Ре акто Н Раз ова .Тех e O.Àíäðåéêî Ко ректор T,Âàøêîâè÷

Заказ 7282 37 Тираж 784 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Иинистров СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. 4 5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ния нескольких ячеек, при этом качество фильтрации улучшается.

Цифровой фильтр, содержащий сумматор, сдвиговый регистр, элементы И, ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повыаения быстродействия, он содержит блок вычитания и триггер, выход которого через последовательно соединенные ггервый элемент И, элемент ИЛИ подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с первым ныходом сдвигового регистра, выход сумматора подключен ко входу сдвигового регистра, второй выход которого соединен с выходом цифрового фильтра и с первым входом блока вычитания, нторой вход которого соединен с первым входом цифрового Фильтра, выход— подключен кЬ входу триггера и к первому входу второго элемента И, ныход которого соединен с соответствующим

5 входом элемента ИЛИ, вторые входы элементов И подключены ко нторому входу циФрового фильтра.

Источники информации, принятые но р внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

Р 362304, кл, Q 06 V 15/36, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 412606, кл. 5 06 Р 15/36, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 463115, кл. Я 06 р 15/20, 1973.