Цифровое усредняющее устройство

 

Союз Советсмнк

Соцнапнстнчесмнк

Уеспубпнм

<„,942041

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 31.03.80 (21) 2901090/18-24 с присоединением заявкм №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.07.82, Бюллетень № 25

Дата ояублмкования описания 1 О. 07. 82 (53)NI. Кл.

G 06 F 15/36

РвуааретеенныИ комитет

CCCP ае явлен взебретени1 и вткрнтвв (») ЛК 681.333. (088.8) (72) Автор изобретения

N. К. Чмых

Красноярский политехнический институт (71) Заявмтель (54) ЦИФРОВОЕ УСРЕДНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к специа- лизированным средствам вычислительной техники и измерительной технике и может быть использовано для оценки среднего значения случайных процессов или зашумленных электрических ве5 личин {напряжения, частоты, сдвига фаз сигналов).

Известно цифровое усредняющее устройство, содержащее блок согла" сования, аналого-цифровой преобпазователь, генератор импульсов, суммирующий счетчик, реверсивный счетчик, дешифратор, ключи и линии задержки (1).

Недостатком устройства является сложность реализации необходимой весовой функции при повышенных требованиях к фильтрации сосредоточенных по спектру помех, присутст- 2о вующих в составе случайного процесса.

Наиболее близкое к предлагаемому цифровое усредняющее устройство, со.

2 держащее аналого-цифровой преобразователь, накапливающий счетчик, ге" нератор импульсов, времязадающий счетчик, триггеры С27, Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость по отношению к сосредоточенным по спектру помехам (под сосредоточенными по спектру помехами подразумевается одна или несколько квазигармонических помех, например помеха, обусловленная напряжением сети или работой радиостанций в. том случае

/ когда обрабатывается принимаемый из эфира сигнал ).

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства.

Поставленная цель достигается ем, что цифровое усредняющее уст- ройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, накапливающий счетчик, генератор импульсов и времязадающий счетчик, причем выход аналого-цифрового преобразователя под942041

Номер такта

Мультиплексор 9 Накапливаю- Регистр 7-1 Регистр 7-2 Регистр 7- (и -1) щий счетчик 2

Мультиплексор 8 Регистр 7-1

Демультиплексор 10 Регистр 7-1

Регистр 7-2 Регистр 7-3 Регистр 7" 11

Регистр 7"2 Регистр 7-3 Регистр 7- и

1 в регистр 7-1. Во втором такте к входу сумматора подключаются выходы регистров 7-1 и 7-2, а результат суммирования записывается в регистр 7-2 и т.д. (см.таблицу).

На последнем такте к сумматору 6 подключаются регистры 7- (и -1) и 7-11. При этом в отличие от преСумматор 6 работает последовательно по тактам, В первом такте к нему подключаются выход накапливающего счетчика 2 и выход регистра 7-1, суммируются коды чисел, записанные в накапливающем счетчике 2 и регистре 7-1. Результат суммирования воз-вращается через демультиплексор 10 ключен к первому входу накапливающего счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом времязадающего счетчика, вход которого подключен к первому выходу генератора импульсов, второй выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого является входом устройства, содержит блок сумматоров, первый вход которого подключен к выходу Накапливающего счетчика,. второй выход времязадающего счетчика соединен с вторым входом блока сумматоров, третий вход которого подключен к третьему выходу времязадающего счетчика, выходы блока сумматоров являются выходами устройства.

Блок сумматоров состоит из двух мультиплексоров, сумматора, демультиплексора и И регистров памяти, при этом выход сумматора подключен к входу демультиплексора, выходы которого соединены с соответствующими входами регистров памяти, выходы которых подключены к соответствующим входам первого и второго мультиплексоров, а выход И -го регистра памяти является выходом блока, выходы мультиплексоров соединены с соответствующими входами сумматор, пер" вый вход второго мультиплексора является первым входом блока сумматоров, управляющий вход .второго мультиплексора объединен с управляющим входом первого мультиплексора и является вторым входом блока сумматоров, управляющий вход и --го регистра памяти является третьим входом блока сумматоров, 4

На фиг.1 приведена блок-схема предпредлагаемого устройства; на фиг ° 2схема блока сумматоров, на фиг.3 диаграмма управления.

Устройство содержит аналого-циф" ровой преобразователь (АЦП ) 1, накапливающий счетчик 2, генератор 3 импульсов, времязадающий счетчик 4, блок 5 сумматоров, Блок 5 сумматоров состоит из сумматора 6, регистров 7-1-7- 1 памяти, первого и второго мультиплексоров

8 и 9, демультиплексора 10.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый процесс Х(Ф)поступает на АЦП 1, где происходит в случае необходимости функциональное пре" образование этого процесса и его пре20 образование в число-импульсный код, пропорциональный мгновенному значению исследуемого процесса или его параметра (например фазового сдвига), в виде пачек импульсов или в другом виде (например в виде позиционного кода) поступает на вход накапливающего счетчика 2, где происходит подсчет общего числа поступивших на вход импульсов или суммирование

30 кодов, Информация с выхода счетчика

2 подается на блок 5 сумматоров, который осуществляет последовательное суммирование. Синхронизация моментов суммирования производится з с выхода времязадающего счетчика 4 по второму входу блока сумматоров.

Мультиплексоры 8 и 9 и демультиплексор 10 производят распределение информации, поступающей на их входы ло в порядке, указанном в таблице.

5 94204 дыдущих тактов в этом такте суммирование производится с изменяющимся знаком, т.е. к коду регистра 7- и либо прибавляется код регистра

7-(И-1), либо из кода регистра 7-И вычитается код регистра 7-(и-l).

Управление сложением и вычитанием кодов осуществляется времязадающим счетчиком 4 по шине Ь. Диаграммы возможных управляющих сигналов g(i)f, 16 поступающих по шине Ь, показаны на фиг.3 . Свойства рассматриваемого усредняющего устройства зависят от индекса И, равного количеству регистров памяти, т.е. ко- 15 личеству последовательных суммирований.

8 общем случае алгоритм определения среднего значения исследуемого процесса в соответствии с пред- 2В лагаемой,блок-схемой можно записать в виде

К 1 )4 в-1 х= с Д()1,Ъ Е .- Е х „, 1}

$= 1=1 ))=Ь1 )у=1 2S где Х. - значение исслеДуемого npojn цесса Х(1) в момент,„ (значение кода на выходе

И(П); фй)1 - значение функции управле- 3р ния Щ (и)тв момент t<, С вЂ” нормирующий коэффициент;

K - число отсчетов.

Уравнение (1) можно привести к виду 35 (2) для И =2

4 — + — .ф — .

T2 Ts — ф р

4- 46 М

Т Т ь

Tl>» t T )9

Т 4 1»Т 4

Т 4»1Т!C (6) 15Яиж Щ+)

6(ж)= для и =2

К

Х =С а 1 Х„, 40

Как видно из (6), (7) и (8), огибающая подавления помех прототипа обратно пропорциональна и>, огибающая для и =1 обратно пропорциональна 8J для

Ф

11=2 - ш Для приведенных на фиг.3

get эта закономерность выполняется и далее, т.е. для и=3 огибающая обратно пропорциональна ир4, для и м4 -(О ;

Можно подобрать такие@„(Ф)при ИЪ5, что эта закономерность будет яыполйяться и далее. к

С- / Zq, (4) Таким образом, применение предлагаемого устройства приводит к повышению помехоустойчивости за счет где (3) Р;= ..-. е р() И= М1 1.3(И-1)

Таким образом, алгоритм (1) соответствует классической весовой обработке процесса с весовой функцией, определяемой (3) . Для обеспечения несмещенности оценки среднего 45 значения X исследуемого процесса нормирующий коэффициент С должен удовлетворять условию

При достаточно большом числе отсчетов выражение (3) можно представить в интегральной форме тт т (Ы) =J J I Юи)(C„„) a „„-. (1,()

0 Т1 Ъ Ю-1), где - время усреднения.

l 6

Для функций управления д (и), приве- денных на фиг.3, функции р() имеют следующий вид:

Для И =1 (треугольная функция j и т.д. (вычисление проводится-в со- . ответствии с (5)). Подавление сосредоточенных по спектру помех определяется спектральными характеристика" ми 9®, которые определяются преобразованием в ряд Фурье. Для рассматри" ваемых функций спектральные характе" ристики имеют следующий вид для И =,1

Q()= — 1и — S1n, (7) й66 ° мц . 2ЮТ (аТ)9 + 5 где ии =27tF F - частота сосредоточенной по спектру помехи. Спектральная характеристика прототипа описывается выражением

siniwTI2)

G((S)=< (8) 7 9 подавления сосредоточенных по спект— ру помех. Например, при F =20 Гц и

Т1с подавление. помехи на данной частоте в прототипе (И =0 ) менее

40 дБ, при использовании предлагаемого устройства с и=2 подавление помехи превышает 80 дБ. Выбором можно обеспечить любое подавление помехи. В этом заключается техникоэкономический эффект предлагаемого устройства.

Формула изобретения

1. Цифровое усредняющее устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, накапливающий счетчик, генератор импульсов и времязадающий счетчик, причем выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу накапливающего счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом времязадающего счетчика, вход которого подключен к первому выходу генератора импульсов, второй выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого является входом устройства, о т л и ч а ю щ Ь е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно содержит блок сумматоров, первый вход которого подключен к выходу накапливающего счетчика, второй выход времязадающего счетчика соединен с вторым

42041 8 входом блока сумматоров, третий вход которого подключен к третьему выходу времязадающего счетчика, выходы блока сумматоров являются выходами устройства.

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок сумматоров состоит из двух мультиплексоров, сумматора, демультиto плексора и и регистров памяти, при этом выход сумматора подключен к входу демультиплексора, выходы которого соединены с соответствующими входами регистров памяти, вы1S ходы которых подключены к соответствующим входам первого и второго мультиплексоров, а выход Vi-го регистра памяти является выходом блока, выходы мультиплексоров соедин нены.с соответствующими входами сумматора, первый вход второго мультиплексора является первым входом блока сумматоров, управляющий вход второго мультиплексора объединен у5 с управляющим входом первого мультиплексора и является вторым входом блока сумматоров, управляющий вход

И-го регистра памяти является третьим входом блока сумматоров. зо Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 618747, кл. В 06 f 15/36, 1978.

2. Мирский Г.Л. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., "Энергия", 1967, с.185 (прототип).

942041

Составитель Л. Григорьян-4тенц

Редактор А. Лежнина Техред А. Бабинец Корректор8. Бутяга

Заказ 2 0 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул..Проектная,