Цифровой фильтр Советский патент 1978 года по МПК H03H17/00 G06F17/17 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено- в аппаратуре для измерения и цифро вой обработки в реальном масштабе времени информации, поступающей от цифровых геофизических датчиков, в частности от цифровьох гравиметров, Известен цифровой фильтр, предназначенный для обработки инфо 1ации и анализа статистических характеристик случайных процессов, который входит в состав устройства для вычисления дисперсии l . Этот фильтр содержит накапливающий сумматор, накапливающий вычитатель, элементы И, ИЛИ, схему управления и построен по рекурсивной схеме. В сум1/ аторе содержится предыдущее значение выходного сигнала. В вычитателе образуется и хранится в течение цикла вычислений разность поступающего входного сигнала и содержимого сум матора, В очередном цикле вычислений каждый разряд вычитателя суммируется с определенным разрядом сумматора.Та КИМ образом, делениена коэффициент, определяющий постоянную времени фильт ра,производится путчем сдвига содержимого вычитателя вправо. Недостатками этого фильтра являются сложность, не высокое 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, cxBMJbi деления с запоминанием, устройство анализа динамической погрешности 2, 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-за возникакндих переносов в разрядах сумматора и из-за длительности процессов умножения и деления. Фильтр усложнен специальными схемами умножения и деления и регистрами запоминания предыдущих значений кодов. Наиболее близким к предложенному по технической сущносги является цифровой фильтр, содержащий сумматор, сдвиговый регистр, элементы И, ИЛИ Коэффициент фильтрации задается конструктивным путем. Вычисления производятся в. 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 разрядов, в невысоком быстродействии из-за циклического переноса единицы при работе в обратном коде. Все приведенные схемы из-за сложности практически не могут .быть использованы для многокаскадного фильтра. Между тем, для цифровых морских гравиметров, например, требуется кратность фильтра до Ю, так как коэффициент подавления помех однокаскадньм устройством совершенно недостаточен. Цель изобретения упрощение и повышение быстродействия цифрового филь тра. Это достигается тем, что он содержит блок вычитания и триггер, выход которого через последовательно соединенные первый элемент И, элемент или подключен к первому входу сумматора,второй вход которого соединен с первы выходом сдвигового регистра, выход :сумматора подключен ко входу сдвигово :го регистра, второй выход которого соединен с выходом цифрового фильтра и с первым входом блока вычитания,. второй вход которого соединен с первы входом цифрового фильтра, выход - под ,ключей ко входу триггера и к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с соответствующим входо элемента ИЛИ, вторыевходы эл.ементов подключены ко второму входу цифрового фильтра. Простота фильтра позволяет применять многокаскадную фильтрациюj повысив, тем самым., качество фильтрации. Благодаря введенным изменениям в схему становится возможным обойтись одним элементом памяти - регистром сдвига, который выполняет и функции элемента задержки, имеющегося в известном фильтре. Кроме упрощ.ения, изобретение, позво ляет выполнять одновременно несколько ..операций, /что увеличивает быстродействие фильтра. На чертеже дана функциональная схе ма цифрового фильтра. Он. содержит блок 1. вычитания три гер 2, элементы И 3,4, элемент ИЛИ 3. сумматор б, сдвиговый регистр 7 вхо ды 8, 9 и выход 10 цифрового фильтра На вторые входы злементой И со вхо да 9 поступают сигналы управления (устройство управления не показано), В предложенном фильтре реализуется алгоритм решения разностного управленияу(пГ)у(пГ-Т)(пТ).у(пТ-тД, 6 4 де X - текущеезначение входного игнала; у - текущеезначение выходного игнала , Т - единичное время задержки; К - параметр слаживания, К-2 , Данный фильтр имеет передаточную ункцию в Z - представлении гдей - оператор единичной задержки. Таким образом, фильтр является рекурсивным Характерной особенностью фильтра является наличие лишь одного регистра, используемого для запоминания y(fl -T ) а разность 5((пГ)-у (пТ-Т) в процессе вычислений образуется поразрядно и поступает на сумматор без хранения ее целиком. Фильтр работает следующим образом, Пусть после Г) -ой рекурсии в регистре 7 содержится п -ое значение выходного сигнала у (nT-f) , имеющее (n+niH-l) разрядов. На выход снимается код с выхода 10, округленный до {П+1)разряда Этот же код поступает на вход блока 1 вычитания. На другой вход вьпитателя поступает входной сигнал X(lT). Разность через открытый элемент И 3 поступает на элемент ИЛИ и далее на вход сумматора 6. Знакомый разряд разности запоминается триггером 2 для последующего осуществления модифицированного сдвига. После передачи на вход сумматора разности элемент И 3 закрывается и открывается элемент И 4, пропускающий на О и при у1 - О , Одновременно с выхода регистра содержащееся в нем число проходит на вход сумматора Таким образом, на место вьщвинутых из регистра разрядов числа поступают младшие разряды нового значения. Следовательно, одновременно выполняются операции получения разности сугФдарования, записи получаемой суммы в регистр и перестройки фильтра путем подключения на выход регистра одного из младших его разрядов„ Эффективность применения фильтра эaключa:i.fcя в упрощении и удешевлении схемы и, как следствие, в повышении надежности ее работы/ Возможность использования только одного регистра позволяет более чем на 30% сократит затраты микросхем на фильтр. За счет совмеиения операций вдвое сократилась длительность цикла фильтрации и повысилось быстродействие схемы. При тактовой частоте 1 МГц цикл фильтрации занимает около 30 икс, чго позволяет работать с частотой опроса датчиков до 30 кГц. Простота фильтра позволяет осуществлять многократную фильтрацию путем последовательного включения нескольких ячеек, при этом качество фильтрации улучшается.

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий сумматор, сдвиговый регистр, элементы И, ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, он содержит блок вычитания и триггер, выход которого через последовательно соединенные первый элемент И, элемент ИЛИ подключен к первому входу су лматора, второй вход которого соединен с первым выходом сдвигового регистра, выход сумматора подключен ко входу сдвигового регистра, второй выход которого соединен с выходом цифрового фильтра и с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с перв1лм входом цифрового фильтра, выход подключен ко входу триггера и к первому входу второго элемента И, выход которого соединен с соответствуняцим входом элемента ИЛИ, вторые входы элементов И подключены ко второму входу цифрового фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР 362304, кл,§ Об Р 15/36, 1971.

2с Авторское св1щетельство СССР f 412606, кл, G 06 F 15/36, 1971,

3„ Авторское свидетельство СССР 463115, кл. (3 Об Р 15/20, 1973.