Устройство для определения медианы Советский патент 1986 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам и может быть использовано для определения статических характеристик случайных процессов, в частности для определения медианы и математического ожидания случайных процессов.

Цель изобретения - повьшение быстродействия устро йства.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмидта, элементы

И 3-7, триггер 8, цифроаналоговый преобразователь 9, элемент ИЛИ 10, элемент НЕ 11, реверсивный счет- . чик 12, генератор 13-15 импульсов, релейные элементы зоны нечувствительности, элемент НЕ 16, элемент ИЛИ 17, триггер 18, элемент И 19, аналого- цифровой преобразователь 20, блок элементов И 21.

Из определения медианы следует, что медианой случайной величины X(t) называют величину Mg, для которой Р x(t)Mg (t)Me или время, за KOTopioe случайный процесс , принимает значение больше или меньше медианы, должно быть равно

10 сигнал X(t) также подается на вход второго элемента 15 нечувствительности и на вход преобразователя 20. Для определенности допустим, что X(t,) в начальный момент времени

5 имеет положительное (отрицательное) значение, тогда на прямом (инверсном) выходе триггера 2 Шмидта появится логический сигнал 1 , который подается на первый вход элемента 20 И 3 (4). Так как в начальный момент времени реверсивный счетчик 12 находится в нулевом состоянии, на выходе элемента И 17-имеется сигнал

1Tr/ rrii-%« ttTi г л. я f rfi f f

SA

к.1 . 2IC

let

к

2К-1

где 4t.t,..,-t,t.,,2..., - моменты времени

X(t) медианного уровня Mg.

Если для оценки интервала t,- заполнить его импульсами постоянной частоты fg , то в течение времени dt получим N Aty rf. импульсов, пропорциональных времени 4t.j, и вместо выражения (1) получим равенство

«о

S N

К.4

О, который вместе с сигналом 1 25 с вьрсода прямого (инверсного) выхода триггера 2 Шмидта обеспечивает появление на выходе элемента И 3 (4) логической 1, которая установит триггер 8 в единичное (нулевое) со- 30 стояние. В это же время сигнал 1 (1) с выхода элемента И 7 воздействует на R-вход RS-триггера 18, на прямом выходе которого появляется О, а на инверсном выходе - 1. Логический

пересечения слу- j сигнал .формируемый на прямом чайным процессом выходе RS-триггера 18, закрывает элемент И 19, блокируя подачу импульсов на счетньш вход счетчика 12 от генератора 13 импульсов. Реверсивный 40 счетчик 12 будет сохранять начальное нулевое состояние. Логический сигнал 1 с инверсного выхода RS- триггера 18 поступает на входы управления блока элементов И 21, открывая

45 sro.

Процесс установления (который длится с начального момента включаем

(2)

ния tj, до момента времени t, когда реверсивный счетчик 12 начнет запол- JQ няться импульсами, формируемыми генератором 13, может проходить двояко: в зависимости от величины напряжения входного сигнала X(tj) в момент времени tp включения устройства.

Для симметричных, часто встречающихся законов распределения случайных процессов (гаусского, равномерного и др.), значения медианы совпадают со значениями математического ожидания. Для таких процессов определение медианы равносильно определению математического ожидания.

. Устройство работает следующим образом.

495402

Случайный сигнал X(t) подается на первый вход блока 1 сравнения, не происходит его сравнение с опорным напряжением и , которое формй5 руется преобразователем 9. Поскольку в начальный момент напряжение на выходе преобразователя 9 равно нулю, X(t) .непосредственно подается на вход триггера Шмидта 2, Входной

10 сигнал X(t) также подается на вход второго элемента 15 нечувствительности и на вход преобразователя 20. Для определенности допустим, что X(t,) в начальный момент времени

5 имеет положительное (отрицательное) значение, тогда на прямом (инверсном) выходе триггера 2 Шмидта появится логический сигнал 1 , который подается на первый вход элемента И 3 (4). Так как в начальный момент времени реверсивный счетчик 12 находится в нулевом состоянии, на выходе элемента И 17-имеется сигнал

1Tr/ rrii-%« ttTi г л. я f rfi f f

, который вместе с сигналом 1 с вьрсода прямого (инверсного) выхода триггера 2 Шмидта обеспечивает появление на выходе элемента И 3 (4) логической 1, которая установит триггер 8 в единичное (нулевое) со- стояние. В это же время сигнал 1 с выхода элемента И 7 воздействует на R-вход RS-триггера 18, на прямом выходе которого появляется О, а на инверсном выходе - 1. Логический

ния tj, до момента времени t, когда реверсивный счетчик 12 начнет запол- няться импульсами, формируемыми генератором 13, может проходить двояко: в зависимости от величины напряжения входного сигнала X(tj) в момент времени tp включения устройства.

Рассмотрим случай, когда абсолютное значение напряжения входного сигнала X(t|j) оказьшается меньше, чем напряжение U, т.е. IX(to).

3

На выходе элемента 15 нечувствительности появляется О, а на выходе элемента НЕ 16 возникает сигнал 1, которвш через элемент ИЛИ 17 воздействует на S-вход RS-триггера 18 и опрокидывает erot При этом на прямом выходе RS-триггера 18 появляется 1 которая открывает элемент И 19, а на инверсном выходе триггера 18 - О, который закрывает блок элементов И 2Ь

В случае, когда абсолютное значение напряжения входного сигнала . X(ta) оказывается большим или равным Uj,, т.8 IX(tQ), на выходе элемента 15 нечувствительности появится 1, а на выходе элемента НЕ 16 возникает сигнал О. При этом состояние RS-триггера 18 не изменяется, а следовательно, элемент И 19 остается закрытым, а блок элементов И 21 - открытым. В преобразователе 20 входной сигнал XCt) преобразуется в (т+1)-разрядный параллельный код. Абсолютное значение (модуль) напряжения X(t(,), т.е. tX(t,)l, при этом определяется только 2,3,...,(т+1)- разрядами кода. Логические сигналы с 2,3,...,т+1-разрядных выходов преобразователя 20 через открытый блок элементов И 21 воздействует на счетные входы п+1, п+2,..,п+т - триггеров счетчика 12, обеспечивая практически мгновенную их установку в соответствукяцие коды состояния. Таки образом, в т-старших разрядах реверсивного счетчика 12 появится цифра, которая соответствует абсолютному значению входного сигнала X(to) в начальный момент. Эта цифра подается на входы преобразователя 9, на выходе которого вырабатывается опорное аналоговое напряжение 11 XCt) соответствующей положительной (отрицательной) полярности, поскольку первый (знаковый) вход преобразователя 9 подключен к прямому выходу триггера 8. Напряжение UQ(, также поступает на вход элемента 14 нечувствительности. Так как tUgol /U,, то на выходе элемента 14 появится 1, которая через элемент ИЛИ 17 воздействует на S-вход RS-триггера и переводит его в противоположное состояние. При этом сигнал 1, появившийся на прямом выходе RS-триггера 18, открывает элемент И 19, а сигнал О появившийся на инверсном выходе RS2495404

триггера 18, закрывает блок элементов И 21, тем самым исключается в дальнейшем влияние на значение кода га старт ших разрядов счетчика 12.

Напряжение и также подается на вход блока 1 сравнения, с выхода ко0

5

торого напряжение dX(t) X(t)-Uj поступает на вход триггера 2 Шмидта.

0 Предположим, что в последующий после tg момент времени t напряжение 4X(t) будет (также как и в начальный момент) положительным (отрицательным) . При этом триггер 2 Шмид5 та останется в прежнем состоянии, Так как к этому времени пятый элемент И 7 оказывается запертым (поскольку хотя бы на одном Из инверсных выходов счетчика 12 будет 1),

0 что снимает разрешение с элементов И 3 и 4. Но к этому времени триггер 8 знака уже находится в единичном (нулевом) состоянии и вместе с триггером 2 Шмидта, который находит-;

5 ся в единичном (нулевом) состоянии . образует на выходе элемента И 5 (6) сигнал 1, который через элемент ИЛИ 10 подается на шину сложения счетчика 12. Содержимое счетчика 12 будет возрастать и наступит момент времени, когда на счетчик (от генератора 13 импульсов через открытый элемент И 19) поступит 2 импульсов (п - число младших разрядов) и код (цифра) ш старших разрядов счетчика 12 изменится на единицу, что приведет к изменению величины опорного напряжения Up на величину одной ступени Ug. Это измененное опорное напряжение U. подается на вход

0

блока 1 сравнения. Дальше процесс

продолжается аналогично описанному.

Как только 4X(t) X(t) - U помеопняет знак, станет отрицательным

(положительньм), триггер 2 Шмидта изменится на противоположное свое состояние, что приведет к снятию разрешения с элемента И 5(6), с входа элемента ИЛИ 10 и с выхода элемента НЕ 11 сигнал 1 подается на

шину вычитания счетчика 12, и переведет реверсивный счетчик 12 в режим вычитания. Если значение медианы процесса положительное, то режим сложения по времени будет преобладать

5 над временем режима вычитания и содержимое га старших разрядов счетчика 12 будет возрастать до тех пор, пока содержимое этих разрядов не станет равным значению медианы. Когда наступит момент равенства, будет выполняться условие (4), т.е. алгебраическая сумма количества импульсов N, поступивших на счетчик 12, будет колебаться в диапазоне , что помещается в п младших разрядах счетчика 12, и содержимое старших разрядов не будет меняться.

10

20

25

Формула изобретения

Устройство для определения медианы, содержащее блок сравнения,триг- 15 гер Шмидта, первый, второй, третий, четвертьй и пятый элементы И, первый элемент ИЛИ, цифро-аналоговый преобразователь, элемент НЕ, реверсивный счетчик, генератор импульсов, первый триггер, первьш вход-блока сравнения является информационным входом устройства, выход сравнения подключен к входу триггера Шмидта, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, инверсный выход триггера Шмидта подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И, выходы первого и третьего элементов И соединены соответственно с входами .установки в 1 и в О первого триггера, прямой выход которого подключен к второму входу второго элемента И и к первым разрядам цифроаналогового преобразователя, 1 -и вход которого ( г 2-т ) соединен с j-м прямым выходом ревер- сивного счетчика (J (н+2 )-(п+и1У, инверсньш выход первого триггера подключен к второму входу четвертого элемента И, выход которого соединен с первьот входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, выход пер- -45 вого элемента ИЛИ соединен с входом, сложения и через первый элемент НЕ -

12495406

с входом вьшитания реверсивного счетчика, инверсные выходы (И старших разрядов реверсивного счетчика подключены к одноименным входам пятого 5 элемента И, выход которого соединен с вторыми входами первого и третьего элементов И, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия, в него введены релейные элементы с зоной нечувствительности, шестой элемент И, блок элементов И, аналого-цифровой преобразователь, второй триггер, второй элемент ИЛИ, элемент НЕ, информационный вход устройства соединен с входами первого релейного элемента с зоной нечувствительности и аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к одноименным входам первой группы входов блока элементов И, входы второй группы которого объединены и соединены с инверсным выходом второго триггера, выход цифроаналогового преобразователя подключен к второму входу блока сравнения и к входу второго релейного элемента с зоной нечувствительности, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента с зоной нечувствительности через второй элемент НЕ подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в О второго триггера, прямой выход которого подключен к первому входу шестого элемента И, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, второй вход шестого элемента И подключен к выходу генератора, выход пятого элемента и соединен с входом установки в 1 второго триггера, выходы Л1 старших разрядов реверсивного счетчика и выход цифроаналого- зого преобразователя являются соответственно цифровым и аналоговым информационными выходами устройства.

30

35

40

М

Изобретение относится к вычислительным устройствам для определения статистических характеристик слу- .чайных процессов. Цель Данного изобретения - повышение быстродействия - достигается тем, что в устройство введены релейные элементы с зоной нечувствительности, элемент И, блок элементов И, триггер, элементы ИЛИ, НЕ,аналого-цифровой преобразователь. Благодаря этим блокам сокращается время установления при заданной точности измерения. 2 ил. W с hd 4 СО сл 4

Редактор С.Патрушева

Составитель И.Мухин

Техред В.Кадар Корректор М.Самборская

Заказ 4327/51Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4