Brevet FR2316805A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un filtre numérique. Dans le domaine de la mesure, on a fréquemment besoin de filtrer les grandeurs mesurées ou calculées au cours d'un traitement. Dans le cas où les grandeurs mesurées apparaissent sous forme analogique, divers moyens bien connus permettent d'effectuer un filtrage de façon simple. Toutefois, dans le cas où lton dispose des grandeurs mesurées ou calculées sous forme numérique, pour éviter une double conversion numérique-analogique puisanalogique- numérique nécessaire pour effectuer un filtrage analogique, il est important de pouvoir filtrer ces grandeurs directement sous forme numérique. En conséquence, un objet principal de la présente invention est de prévoir un filtre numérique de conception simple et de construction économique. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit d'utiliser,selon une combinaison qui sera exposée plus en détail ci-après,un compteur binaire principal divisé en un premier élément de compteur de rang N et en un deuxième élément de compteur comptant les chiffres binaires de rang supérieur à N; un compteur auxiliaire; un comparateur; et un ensemble de portes et de circuits logiques liés à une horloge multiphase et à une entrée de synchronisation.Ces moyens logiques, d 1horloge et de synchronisation sont destinés à mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention qui consiste à charger initialement le compteur binaire principal et à effectuer la succession d'éta- pes suivantes (a) remettre à zéro le compteur binaire auxiliaire, (b) reproduire le contenu du deuxième élément de compteur principal dans le compteur auxiliaire, (c) effectuer simultanément un décomptage dans le compteur auxiliaire et dans le compteur principal jusqu a ce que le compteur auxiliaire soit vide, (d) effectuer un comptage dans le compteur auxiliaire et dans le compteur principal en relation avec la valeur de la donnée numérique à -filtrer jusqu'à ce que le contenu du compteur auxiliaire soit égal à la valeur instantanée de la donnée à filtrer, (e) répéter itérativement les opérations (a) à (d), d'où il résulte que le contenu du deuxième élément de compteur du compteur principal correspond à la valeur filtrée de la donnée à filtrer. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation préféré représenté dans le dessin ci-joint. Dans cette figure > il est représenté un compteur principal AB divisé en deux éléments de compteur A et B, l'élément A étant de rang N et l'élément B servant à compter les chiffres correspondant à des valeurs binaires supérieures à 2N; un compteur auxiliaire D; un comparateur C recevant à son entrée Cl des données à filtrer; et un ensemble de circuits logiques comprenant des bascules B1, B2, B5 et B4 et une porte NAND (NON ET) N. En outre, il est prévu une entrée de synchronisation S à la bascule B1 et une horloge multiphasée (non représentée) fournissant des signaux d'horloge H1 > H2, H3, H4 et H5 respectivement aux bascules B1, B2, B5 et B4 et à la porte N.Chacune des bascules B1 à B4 comprend une entrée de mise en route S, une entrée d'horloge H, une entrée de remise à zéro R et deux sorties complémentaires Q et Q. La constitution de ce circuit va être décrite en même temps que son fonctionnement ci-après. On va supposer que, dans un état initial, le compteur auxiliaire D est vide, le contenu de l'élément A du compteur principal est Ri-l, et le contenu de l'élément D du compteur principal est Yi 1 Ainsi, le contenu du compteur principal est : 2NYi-l + Ri-l A un instant initial, un signal de synchronisation est envoyé à l'entrée S de la bascule B1, et un ordre de commande d'ouverture est envoyé à partir de la sortie Q de la bascule B1 vers la porte NAND N. L'autre entrée de cette porte N reçoit des impulsions d'horloge H5 à chaque période d'horloge.Ainsi, le compteur principal AB et le compteur auxiliaire D sont amenés à compter de façon simultanée tandis que le contenu du compteur auxiliaire D est comparé, par l'intermédiaire du comparateur C,aux données d'entrée X présentes à l'entrée C1 de ce comparateur. Quand le contenu du compteur auxiliaire D devient égal à la valeur instantanée Xiî des données d'entrée, le comparateur envoie un signal par sa borne C2 à l'entrée S de la bascule B2. Ceci entralne d'une part, que le signal de sortie Q de la bascule B2 positionne le compteur principal AB et le compteur auxiliaire D en position de décomptage et fige ces compteurs.D'autre part, la sortie Q de la bascule B2 est envoyée à entrée H de la bascule B dont la sortie Q agit pour reproduire (ou transférer) le contenu du compteur B,d'une part dans le compteur auxiliaire D,dlautre part dans la mémoire de sortie M. L'impulsion suivante d'horloge, reçue à l'en- trée R de la bascule B3,inhibe cette bascule et les différents compteurs commençent à décompter. Quand le compteur auxiliaire D est vide, la sortie D1 de ce compteur agit sur l'entrée S de la bascule B4 dont la sortie Q est couplée à l'entrée de remise à zéro R de la bascule BI qui est ainsi remise à zéro ainsi que la bascule B2 par l'intermédiaire de la connexion entre la sortie Q de la bascule B1 et l'entrée R de la bascule B2.Ainsi les compteurs sont figés et remis dans une position prête pour un comptage et un cycle se termine. I1 apparat done que les contenus successifs du compteur principal AB sont (a) à l'instant initial Ri-l + 2NYi-l (b) après l'opération de comptage des compteurs, qui s'arrête quand le compteur auxiliaire a un contenu égal à celui de la valeur instantanée des données d'entrée Ri-l + 2NYi-l + Xi-l (c) quand le contenu du deuxième élément de compteur principal B a été transféré dans le compteur auxiliaire D et que le compteur auxiliaire D a décompté Ri 1 + 2NYi-l + Xi Si l'on appelle le contenu du compteur principal AB à cet instant Ri + 2NYi, on obtient Ri + 2NYi = Ri-l + 2NYi-l + Xi-l - Yi-l Cette équation peut s'écrire 2@(Yi - Yi-l) = Xi-l - Yi-l + Ri-l - Ri En négligeant Riî - Ri devant Xi-l et devant Y,on obtient l'équation approchée 2N(Yi - Yi-l) # Xi-l - Yi-l (l) Si des impulsions de synchronisation sont envoyées àintervalles réguliers t sur la bascule Bl,on peut poser t=2Nt L'équation (1) ci-dessus devient alors y(t + 1) - Y(t) = X(t) - Y(t) t ou bien ou bien On a donc obtenu une équation différentielle du premier ordre, c'est-à-dire que Y représente la valeur moyenne de X ou valeur filtrée de X par un filtre du premier ordre avec une constante de temps t et ainsi la valeur de Y qui est présente dans le deuxième élément de compteur principal ou dans la mémoire M et qui est renouvelée à chaque cycle,représente la valeur moyenne de X. La constante de temps de filtrage peut être modifiée soit en modifiant le nombre N d'étages du premier élément de compteur principal A, soit en modifiant le nombre d'impulsions de synchronisation, ctest-à-dire le nombre de cycles de comptage. I1 sera clair pour l'homme de l'art qu'un compteur principal AB peut facilement être divisé en deux éléments de compteur A et B et ainsi, la présente invention est particulièrement simple à mettre en oeuvre et ne comprend que des dispositifs classiques dans les techniques du calcu-l numérique. D'autre part, le circuit logique permettant d'assurer le fonctionnement de comptage et de dé comptage du compteur principal en relation avec le compteur auxilinaire et avec les données d'entrée,peut eAtre soumis à de nombreuses variantes et il n'est pas nécessaire d'utiliser strictement le circuit représenté ci-dessus qui a uniquement été décrit à titre d'exemple de réalisation. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de filtrage numérique,caractérisé en ce qutil comprend les étapes suivantes (a) prévoir un compteur linéaire principal initialement chargé à une valeur arbitraire, ce compteur principal étant divisé en un premier élément de compteur de rang N et en un deuxième élément de compteur comptant les chiffres binaires de rang supérieur à N; (b) prévoir un compteur binaire auxiliaire initiale menC vide; (c) transférer le contenu du deuxième élément de compteur principal dans le compteur auxiliaire; (d) effectuer simultanément un décomptage dans le compteur auxiliaire et dans le compteur principal, jusqu a ce que le compteur auxiliaire soit vide;; (e) effectuer un comptage dans le compteur auxiliaire et dans le compteur principal en relation avec la valeur instantanée de la donnée numérique à filtrer jusqu'à chaque le contenu du compteur auxiliaire soit égal à cette valeur instantanée; (f) remettre à zéro le compteur auxiliaire; (g) répéter itérativement les étapes (c) à (fj; d'où il résulte que le contenu du deuxième élément de compteur du compteur principal correspond à la valeur filtrée de la donnée à filtrer. 2 - Procédé de filtrage numérique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il comprend en outre l'étape consistant à transférer les contenus successifs du deuxième élément de compteur principal dans une mémoire-tampon où ils sont accessibles. 3 - Filtre numérique mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - un compteur binaire principal constitué d'un premier élément de compteur de rang N et d'un deuxième élément de compteur permettant de compter les chiffres binaires de rang supérieur à N, - un compteur binaire auxiliaire connecté au deuxième élément de compteur principal dont le contenu peut y être transféré, - un comparateur C connecté au compteur auxiliaire D à l'une de ses entrées et pouvant recevoir à sa deuxième entrée des données à filtrer, - une horloge fournissant des impulsions destinées au comptage et au décomptage des compteurs auxiliaire et principal, - un circuit logique permettant d'assurer la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1. 4 - Filtre numérique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit logique comprend quatre bascules B1 à B4 munies respectivement d'une entrée de mise en route, d'une entrée d'horloge, d'une entrée de remise à zéro et de deux sorties complémentaires Q et Q, - l'entrée de mise en route de la première bascule B1 recevant un signal de synchronisation, sa sortie Q étant connectée à la première entrée d'une porte NAND N dont l'autre entrée re çoit les signaux d'horloge et dont la sortie est envoyée aux entrées de comptage ou de décomptage des compteurs principal et auxiliaire, son entrée d'horloge recevant les signaux d'horloge, sa sortie Q étant connectée à l'entrée de remise à zéro de la deuxième bascule B2 et son entrée de remise à zéro recevant la sortie Q de la quatrième bascule B4, - la seconde bascule B2 recevant à son entrée de mise en route le signal indiquant l'équilibre du comparateur B, à son H des signaux d'horloge, et fournissant à sa sortie Q, un signal vers l'entrée d'horloge de la troisième bascule B3 et à sa sortie Q, un signal d'inhibition et de passage en décomptage des compteurs principal et auxiliaire, - la bascule B3 fournissant à sa sortie Q un signal assu- rant le transfert du deuxième élément de compteur principal dans le compteur auxiliaire, - et la bascule B4 recevant à son entrée de mise en route, les signaux indiquant que le compteur auxiliaire est vide et à son entrée d'horloge, des signaux d'horloge. 5 - Filtre numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une horloge multiphasée fourtt à sa première sortie un signal à la bascule B1, à sa deuxième sortie un signal aux bascules B2 et B4, à sa troisième sortie un signal de remise à zéro à la bascule B3 et à sa quatrième sortie un signal à la porte NAND N.