Устройство для вычисления скользящего среднего Советский патент 1985 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для измерения текущяк характеристик случайных процессов (например, математического ожидания), для сглаживания оценок статистических характеристик (например, для сглаживания периодограммы при спектральном анализе или гистограммы и вариационного ряда при оценивании распределения вероятностей), а также для фильтрации временных рядов.

Цель изобретения - повьпиение точности.

На фиг, 1 изображена структурная схема устройства для вычисления скользящего среднего, на фиг. 2 структурна я схема блоков управления

Устройство Для вычисления скользящего среднего содержит первый коммутатор 1, блок 2 памяти, второй коммутатор 3, сумматор 4, группу 5 элементов И, первый и второй регистры 6 и 7, генератор 8 тактовых импульсов, блок 9 управления, счетчики 10 - 12, элемент И 13.

Входом устройства является первы информационный вход первого коммутатора 1, вькод которого соединен с информационным входом блока 2 памяти и первым информационным входом второго коммутатора 3. Выход блока 2 памяти соединен с вторым информационньм входом второго коммутатора 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом группы 5 элементов И. Выход сумматора 4 соединен с информационным входом первого регистра 6, вькод ко торого соединен с вторым входом группы 5 элементов И, с первым информационным входом первого коммутатор 1, а также с информационным входом второго регистра 7, выход которого является вьтодом устройства. Выход генератора 8 тактовых импульсов соединен с тактовым входом первого регистра 6 и входом блока 9 управления. Первьй выход блока 9 управления соединен с управляющими входами первого коммутатора 1 и тактовым входом второго регистра 7. Второй выход блока 9 управления соедин с входом задания адреса блока 2 памяти. Третий выход блока 9 управления соединен с входом управления

записью блока 2 памяти, управляющим входом второго коммутатора 3 и первым входом группы 5 элементов И. На фиг. 1 обозначены: U - выходной

сигнал генератора 8 тактовых импульсов, и, и, Ug - сигналы соответственно на первом, втором и третьем выходах блока 9 управления. Входом блока управления являются счетный вход первого счетчика 10 и первьй вход элемента И 13, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика 12, разрядны выходы которого совместно с разрядными выходами второго счетчика 11 образуют второй выход блока управления . Вькод переполнения второго счетчика 11 является первым выходом блока управления и соединен с вторым

входом элемента . Счетный вход второго счетчика 11 соединен с выходом первого счетчика 10 и является третьим выходом блока управления. На фиг. 2 обозначены: Ц - входной

сигнал блока 9 управления, U, U, U - сигналы соответственно на первом, втором и третьем выходах блока 9 управления, U - входной сигнал третьего счетчика 12, U и

и„ - сигналы на разрядных выходах соответственно второго и третьего счетчиков 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства периодически с интервалом времени Т поступают цифровые отсчеты, которые необходимо подвергнуть сглаживанию. Очередной цифровой отсчет х попадает на второй йнформационньм вход первого коммутатора 1 и по сигналу U|, поступающему с первого выхода блока 9 управления на управляющий вход первого коммутатора 1, проходит на информационный вход блока 2 памяти. По сигналу и, поступающему с третьего выхода блока 9-управления на вход управления записью блока 2 памяти и устанавливающему блок 2 памяти в

режим записи, цифровой отсчет запоминается в блоке 2 памяти в ячейке с некоторым адресом А f определяемым состояниями второго и третьего счетчиков 11 и 12. Одновременно цифровой отсчет х по сигналу Uj, поступающему на управляющий вход второго коммутатора 3, проходит с первого информационного

входа второго коммутатора 3 на первый вход сумматора 4. На второй вход сумматора 4 в это время подается ноль, поскольку на второй вход группы 5 элементов И поступает сигнал и.. Поэтому цифровой отсчет изменения попадает на информационный вход первого регистра 6.

По сигналу и, который с выхода генератора 8 тактовых импульсов пос-тупает на тактовый вход первого регистра 6, цифровой отсчет х записывается в первый регистр 6. В течение интервала времени TQ Kf, где) период следования импульсов, вырабатываемых генератором 8 тактовых импульсов (К - 1) раз повторяется следующее: к числу, хранящемуся в первом регистре 6, прибавляются числа, хранящиеся в блоке 2 памяти. Происходит это следующим образом. Содержимое первого регистра 6 проходит через группу 5 элементов и на второй вход сумматора 4. Одновременно содержимое блока 2 памяти (хранящееся соответственно в ячейках с адресами А, ...,) проходит с второго информационного входа второго коммутатора 3 на первый вход сумматора 4. Результат суммирования записывается в регистр 6.

Порядок изменения кода адреса U, поступающего с второго выхода блока 9 управления на адресньй вход блока 2 памяти, устанавливается таким, что в ячейках с адресами А,.,.,А. хранятся соответственно цифровые отсчеты X , ... ,Х ,. Поэтому по истечении интервала времени Тр после прихода цифрового отсчета х в первом регистре 6 будет накоплена .

1

У; тm--i-KtiЦифровой отсчет у проходит с

второго информационного входа первого коммутатора 1 на информационный вход блока 2 памяти, На интервале времени Гт, 21 с цифровым отсчетом х производятся те же операции, что и с цифровым отсчетом у на интервале времени о, , с той лишь разницей, что теперь цифровой отсчет у- записывается в ячейку блока 2 памяти с адресом А,, а при накоплении суммы в первом регистре 6 используются ячейки с адресами 2к результате по истечении интервала времени 2Т после прихода цифрового отсчета х в первом регистре 6 будет накоплена сумма:

;

.

жм-ки

Затем на следующем интервале времени длительностью Т с цифровым

отсчетом Z- повторяются аналогичные операции и т.д. Таким образом, к концу интервала времени в первом регистре 6 будет храниться цифровой отсчет V;, который по сигналу и записывается во второй регистр 7 и поступает на выход устрой ства. Этот цифровой отсчет можно рассматривать как результат фильтрации последовательности цифровых

отсчетов ..., х, х в п каскадно соединенных щ1Лровых фильтрах, каждый из которых имеет прямоугольную импульсную характеристику:

Г

m О,...,К-1;

о

m для других m

Поэтому цифровой отсчет будет равен

|.00

30

Цх,

Svm т

где ГЙТР весовое окно, являющееся п-кратной дискретной сверткой импульсной характеристики . В

35 случае п 1 получаем прямоугольное весовое окно случае п 2 - весовое окно Бартлетта. При произвольных п и К получаем весовое окно Колмогорова. В случае

40 п 4 получаем весовое окно Парзена в случае К 2 и произвольном п 2q - биномиальное весовое окно порядка q.

После получения цифрового отсчет

45 V; очередной цифровой отсчет на следующем интервале.Т получаем аналогично отсчету V- с той лишь разницей, что входной цифровой отсч х- и промежуточные суммы у,, Z,

50 и т.д. записываются в блок 2 памяти на место уже не нужных цифровых отсчетов: х;.,, У,,. Z-,,, и т.д Обращение к ячейкам 6jioka 2 памяти в требуемой последовательности

55 обеспечивается соответствующим изменением кода адреса U,, вьфабатываемым вторым и третьим счетчиками 11 и 12 блока 9 управления. 5 Покажем, как формируются сигнал в блоке 9 управления.На вход блока управления с выхода генератора 8 тактовых импульсов поступает перио дическая последовательность импуль сов и, период повторения которых в К раз меньше периода поступлени цифровых отсчетов х; на вход устройства: о Т/К , Эти импульсы поступают на вход первого счётчика И0.Коэффициент пересчета первого сче чика 10 равен К.Для случая первый счетчик 10 - это трехразрядный дво ный счетчик. На его выходе формируется сигнал и, который используется для перевода .блока 2 памяти в режим записи, разрешения прохождения информации с первого информационного входа второго коммутатора 3 на его выход и запрещения прохождения информации с выхода первого регистра 6 через группу 5 элементов И. Сигнал и поступает на вход второго счетчика 1t, коэффициент пересчета которого равен п. Для рассматриваемого случая п 3, в качестве второго счетчика 11 можно использовать счетчик-делитель на три. Второй счетчик 11 формирует старшие адресные разряды U для блока 2 памяти. На выходе переполнения второго счетчика 11 формируется сигнал и. Этот сигнал йс886пользуется для разрешения прохождения информации с первого информационного входа на выход первого коммутатора 1 и записи информации во второй регистр 7. Кроме того, сигнал U поступает на второй вход элемента И -. На первый вход элемента И поступают импульсы и, В результате на вход третьего счетчика 12 с выхода генератора 8 тактовых импульсов на интервале времени Т проходят все импульсы, за исключением первого. Коэффициент пересчета третьего счетчика 12 равен К. Поэтому на каждом новом интервале, Т порядок изменения состояния третьего счетчика 12 меняется на единицу. Этим обеспечивается необходимый порядок обращения к ячейкам блока 2 памяти. Отметим также, что сигнал U может быть использован для синхронизации внешних устройств, с которыми предлагаемое устройство связано по входу и выходу. I Таким образом, результатом работы предлагаемого устройства является последовательность цифровых отсчетов -t 1 каждый из которых получен сглаживанием последовательности входных цифровых отсчетов..., X,-,, х с помощью весового окна г т w кп ,-.0

ILJ

LjH

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО СРЕДНЕГО, содержащее генератор тактовых импульсов, первьй коммутатор, блок управления, первый и второй регистры, сумматор, выход которого подключён к информационному входу первого регистра, выход которого соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй вход которого является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены группа элементов И, блок памяти, второй коммутатор, а блок управления содержит первый, второй и третий счетчики; элемент И, первый вход которого объединен со счетньм входом первого счетчика, подключен к выходу генератора тактовых импульсов и соединен с тактовым входом первого регистра, второй вход элемента И объединен с управляющим входом первого коммутатора и тактовым входом второго регистра и подключен к выходу переполнения второго счетчика, счетный вход которого объединен с управляюпщм входом второго коммутатора, входом управления записью блока памяти и первыми входами элементов И группы и подключен к выходу первого счетчи-ка, вторые входы элементов И группы объединены с информационными входами второго регистра и соединены с выходом первого регистра, выход i элемента И подключен к счетному входу третьего счетчика, информацион(Л ные выходы второго и третьего счетчиков соединены соответственно со старшими и младшими разрядами входа задания Адреса блока памяти, информационный вход которого объединен с первым информационным входом второго коммутатора И подключен к выходу первого коммутатора, второй информационный вход второго коммута;& тора соединен с выходом блока памяти, со первая и вторая группы входов сумма05 00 эо тора подключены соответственно к информационным ВЕЛХодам второго коммутатора и к выходам элементов И группы, а выход второго регистра является выходом устройства.,

f

.

I

/

выюЗ

Вмд

Ю

и

и

/3

1

Третий вымд

и.

Ui

Второй

0 выход

II

иг

6ыхо9

Фмг.2