Генератор случайного процесса Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано при моделировании систем с учетом случайных внешних воздействи и для построения моделируквдих устройств, а также при построении авт матиэированных испытательных компле сов . Известен генератор случайного потока импульсов, содержащий источник пуассоновского потока, группу элементов И, вероятностный полюсник элемент ИЛИ и блоки прореживания Г1 Однако данное устройство не позволяет получать случайный импульсный процесс с сигналами произвольно программируемой формы. Известен также генератор случайных импульсных потоков, содержащий генератор тактовых импульсов, цикли ческий регистр сдвига, два элемента ИЛИ, интегратор, преобразователь код-напряжение и управляемый вероят ностный элемент C2J. Однако это устройство не позволя ет формировать импульсные сигналы со случайными параметрами, подчиняю щимися заданным законам распределения. Наиболее Ълизким по технической сущности к предлагаемому является генератор случайных процессов, содержащий первый и второй блоки памяти, датчик случайных чисел, первый и второй генераторы тактовых импульсов, блок эталонных напряжений, преобразователь код-напряжение, модулятор полярности, первый и второй регистры, делитель частоты первый и второй дешифраторы, триггер, первый и второй счетчики, причем выход первого блока памяти соединен с первым входом датчика случайных чисел, первый, второй и .третий выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго регистров и к первому входу первого счетчика, выход которого соединен с входом первого дешифратора, выход которого подключен ко второму входу датчика случайных чисел, к первому входу второ го счетчика и к второму входу триггера, первый вход которого, соединен с выходом второго дешифратора, а инверсный выход триггера подключен ко входу первого генератора тактовы импульсов, выход которого подключен ко второму входу первого счетчика, а прямой выход триггера соединен с первым входом второго генератора тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму входу делител;я частоты, первый вход которого соеди нен с выходом второго регистра, а выход делителя частоты подключен ко второму входу второго счетчика, выход которого соединен со входом вто pofo дешифратора и с вторым входомвторого блока памяти, причем вход преобразователя код-напряжение подключен к выходу блока эталонных напряжений, а выход преобразователя код-напряжение соединен с первым входоммодулятора полярности, второй вход которого подключен ко второму выходу первого регистра, а выход модулятора полярности является выходом устройства13. Однако в этом устройстве длительность одного импульса не сможет быть меньше иллп- «н t где п -число, точек предст авления импульса выходного процесса. Низкое быстродействие генератора ограничивает область его применения. Цельр изобретения является расширение области применения устройства за счет повышения его быстродействия. Это определяется тем, что при повышении частоты воспроизводимого процесса расширяется и класс воспроизводимых случайных воздействий. Высокочастотный случайный процесс может быть использован для моделирования электрических помех, помех при передаче информации. В предлагаемом устройстве организовано параллельное формирование ординат выходного процесса, т.е. минимальная длительность фоЕ 1ируемого импульса , где К-число параллельно работающих блоков умножения. Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайного процесса, содержащий первый и второй блоки памяти, датчик случайных чисел, первый и второй генератоЕял тактовых импульсов, преобразователь код-напряжение, модулятор полярности, первый и второй регистры памяти, делитель частоты, первый и второй дешифраторы,Триггер, первый и второй счетчики, причем выход первого блока памяти соединен с управляющим входом датчика случайных чисел, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго регистров памяти и к установочному входу первого счетчика,выход которого соединен с входом первого дешифратора выход которого подключен к входу Опрос датчика случайных чисел, к входу Сброс второго счетчика и к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с выходом второго дешифратора, а нулевой выход триггера подключен ко входу Пуск первого генератора тактовых импульсов, выход 1 оторого подключен к счетному входу первого счетчика, а единичный выход триггера соединен с управляющим входом второго блока памяти и с входом Пуск второго генератора тактовых импу.льсов, выход которого подключен к счет „ному входу делителя частоты, управля юший вход которого соединен с выходо второго регистра памяти,а выход дели ,теля частоты подключен к счетному входу второго счетчика,выход которого соединен с входом второго дешифра тора и с адресным входом второго бло ка памяти,выход преобразователя коднапряжение соединен с информационным входом модулятора полярности, управляющий вход которого подключен к первому выходу первого регистра памя ти, а выход модулятора полярности является выходом генератора,- введены группа блоков умножения,, группа регистров памяти, коммутатор и -третий дешифратор, вход которого соединен с выходом второго счетчика, а выход третьего дешифратора соединен с управляющим входом коммутатора и с синхронизирующими входами регистров памяти группы, информационные входы которых подключены к выходу второго блока памяти, а выходы регистров памяти группы соединены с первыми входами соответствующих блоков умножения группы, вторые входы которых подключены к второму выходу первого регистра памяти, а выходы блоков умножения группы соединены с группой информационных входов, коммутатора соответственно, выход которого соеди нен с входом преобразователя коднапряжение. На фиг. 1 представлена блок-схем генератора; на фиг, 2 - схема комму татора. Генератор-содержит блоки 1 и 2 памяти, датчик 3 случайных чисел, генераторы .4 и 5 тактовых импульсов блок б эталонных напряжений, .преобразователь 7 код-напряжение, модулятор 8 полярности, регистры 9 и 10 памяти, делитель 11 частоты, дешифраторы 12 и 13, триггер 14, счетчики 15 и 16, группу 17 блоков умножения; группу 18 регистров пгиляти, коммутатор 19 и дешифратор 20. Коммутатор 19 содержит элементы 21 И и элементы 22 ИЛИ. Первый блок 1 памяти предназначен .для хранения кодов, определяющих вид и числовые характеристики функций распределения вроятностей параметров формируемого импульсного случайного процесса. Второй блок 2 памяти предназначен для хранения кодов ординат импульсного сигнала требуемой формы. Датчик 3 случайных чисел предназначен для формирования случайных кодов амплитуды, длительности и интервала между импульсами, подчиняющихся функциям распределения ,коды которых храйятся в первом блоке 1 памяти С43. Первый генератор 4 тактовых импульсов предназначен для выработки опорной последовательности импульсов для последующего преобразования их в интервал времени между импульсами. Второй генератор 5 тактовых импульсов предназначен для выработки опорной последовательности импульсов для последующего преобразования их в длительность импульсов. Блок 6 эталонных напряжений служит для задания граничных значений амплитуд импульсных сигналов, форми-, руемых генератором. Преобразователь 7 код-напряжение, предназначен для преобразования в напряжение кодов, последовательность которых.определяет форму импульса на выходе генератора. Модулятор 8 полярности обеспечивает получение импульсных сигналов положительной или отрицательной полярности 5. . .Первый регистр9 памяти служит для.приема и хранения кода, определяющего амплитуду и поля15ность очередного импульса выходного процесса. Второй регистр 10 памяти служит для запоминания кода, определяющего, длительность очередного импульса. Делитель 11 частоты предназначен для преобразования кодов, хранящихся во втором регистре 10,во временной интервал. ; Первый дешифратор 12 предназначен для выработки сигнала, указывакацего на окончание формирования интервала между импульсами. Второй дешифратор 13 вырабатывает сигнал , указывающий на окончание формирования импульса. Триггер 14 предназначен для выработки сигнгшов разрешения работ первого генератора 4 тактовых импульсов и второго генератора 5 тактовых импульсов. . Первый счетчик 15 служит для формирования временных интервалов между -импульсами. Второй счетчик 16 вырабатывает адрес.а ,по. которым записаны соответствугацие ординаты формы сигнала. I . Труппа 17 блоков умножения вырабатывает коды, пропорциональные кодги л хранящимся в первом регистре 9, и задающие значения текущего импульса. Группа 18 регистров памяти предназначена для передачи кодов ординат импульсного сигнала на первые выходы группы блоков 17 умножения в соответствии с управляквдими сигналами .от третьего дешифратора 20, Группа 18 регистров памяти содержит К .регистров памяти, предназначенных для хранения К кодов ординат текущего импульса. Первые входы блока - 18 регистров подключены к управляющим входам соответствующих регистров. Второй вход блока 18 регистров соед нен ;с информационньп4И входами регис ров Выходы регистров являются выхо дами блока 18 регистров. Коммутатор 19 предназначен для передачи кода, задающего значение импульсного сигнала в данный момент времени с одного из выходов группы 17 блоков умножения. Коммутатор 19 содержит К групп, содержащих К схем И 21 и группу К входовых схем ИЛИ 2.2, Выходы групп схем ИЛИ 22 являют ся выходами коммутатора 19 , а входы подключены к соответствующим выхода групп И 21. Первые входы групп схем И 21 являются первыми входами комму татора. Вторые входы коммутатора 1 соединены со вторыми входами соответствующих групп схем и. Третий дешиф1; атор 20 управляет работой блока 1В регистров и коммутатора 19. Генератор работает следующим образом. Каждый цикл работы генератора начинается с того, что для очередного импульса выходного потока гене рируется набор значений случайных параметров (длительность, амплитуда полярность импульса, интервал между импульсами). Значения параметров процесса формируются по заданным законам.распределения, коды которых хранятся в первом блоке 1 памяти. С выхода датчика 3 случайных чисел сформированные значения параметров процесса поступают в первый счетчик 15, регистры 9 и 10. Пусть триггер 14.находится в исходном (единичном) состоянии. Разрешающий сигнал с выхода триггера 14 поступает на вход второ го генератора 5 тактовых импульсов и на управляющий вход второго блока 2 памяти, разрешая считывание информации. Инверсный выход триггера 14 подключен к входу первого генератора 4 тактовых импульсов. При единичном состоянии триггера 14 этот сигнал запрещает работу первого генератора 4 тактовых импульсов Значение случайного кода, записанного во второй регистр 10,определяет коэффициент пересчета делителя 11 частоты. Этим обеспечивает для каждого значения длительности импульса заполнение счетчика адрес 16 с соответствующей частотой, полученной в результате деления частоты импульсного потокаj поступающего от второго генератора 5 тактовых импульсов. Коды с выхода счетчика адреса 16 поступают на второй вход второго блока 2 памяти Таким образом, обеспечивается по.следовательное считывание кодов ординат импульсного сигнала запрог гpa 4миpoвaннoй формы с частотой , обратно пропорциональной значению кода длительности импульса. Код,считанный из второго блока 2 памяти, поступает на вход блока 18 регистров, который обеспечивает поступление кода на входы группы блоков 17 умножения в соответствии с сигналами, поступающими с третьего дещифратора 20. Третий дешифратор 20 дешифрирует L старших разрядов адреса, вырабатываемых вторым счетчиком 16.L т.е. каждойкомбинацией кодов йтарших L разрядов кодов адреса соответствует свой выход дешифратора. Таким Образом, обеспечивается последовательное заполнение регистров блока 18 регистров кодами, считанными иэ второго блока 2 памяти. Этим обеспечивается поступление, кода ординаты импульса на вход .группы блоков 1.7 умножения в течение времени заполнения регистров блока 18 регистров. На второй вход группы блоков 17 умножения поступает код амплитуды формируемого импульса, занесенный в первый регистр 9. На выходах группы 17 блоков умножения формируются значения кодов ординат импульсного сигнала требуемой формы, пропорциональные значению амплитуды формируемого импульса и в той последовательности, в которой они поступили (т.е. сначала появился на выходе первого блока умножения, затем на выходе второго блока умножения и т.д.). Но вследствие того, что блоки умножения работают, намного дольше, чем производится опрос второго блока 2 памяти, то процессы получения кодов первой г ординаты, второй ординаты и т.д. импульса требуемой формы (т.е. процессы умножения для разных.ординат) параллельно идут в первом блоке умноже- ния, втором блоке умножения и т.д. группы блоков .17 умножения. Тогда коды ординат нормируются на выходах группы блоков 17 умножения с частотой опроса второго блока 2 памяти. Коммутатор 19 выбирает последовательно первый, второй и т.д. выходы группы блоков 17 умножения.На выход коммутатора 19 поступает последовательность кодов,определяющая ординаты импульса требуемой формы. .На выходе блока б эталонных напряжений предварительно устанавливается уровень напряжения, равный максимальной амплитуде формируемых импульсов..В соответствии с кодами, поступающими с выхода коммутатора . 19, на.выходе преобразователя 7. код-напряжение формируется аналоговый сигнал требуемой формы с амплитудой, соответствующей коду амплитуды формируемого импульса.

Модулятор 8 полярности пропускает сигнал с выхода преобразователя 7 код-напряжение на выход устройства, либо сохраняя его полярность, либо изменяя ее на противоположную в соответствии с кодами амплитуды импульса, записанными в.первом регистре 9.

По окончании формирования одного импульса (по достижении счетчиком адреса максимального значения) на выходе второго дешифратора 13 вы-. рабатывается сигнал, устанавливающий триггер 14 в нулевое состояние. При этом на прямом выходе триггера 14 вырабатывается си-гнал, запрещающий работу второго генератора 5 тактовых импульсов и считывание информации из второго блока 2 памяти.

На инверсном выходе триггера 14 вырабатывается сигнал, разрешающий работу первого генератора 4 тактовых импульсов . Таким образом, начинается формирование интервала между импульсами. С помощью первого генератора 4 и первого счетчика 1, организовано преобразование случайного кода записанного в первый счетчик 15, во временной интервал между импульсами.

По окончании формирования интервала (при достижении счетчиком 15 нулевого состояния) на выходе пер.вого дешифратора 12 вырабатывается сигнал окончания формирования интервала между импульсами. Этот сигнал поступает на второй вход датчика 3 случайных чисел. После этого происходит формирование и передача в

регистры 9 и 10 ив первый счетчик 15 новых значений параметров процесса. Этот сигнал устанавливает: в начальное состояние второй счет0 чяк 16 и в исходное состояние (единичное) триггер 14. Таким образом, начинается следующий цикл формирования выходного случайного процесса.

Технико-экономическая эффектив5 ность изобретения определяется

следующими факторами. Существующие отечественные и зарубежные устройства для формирования импульсных процессов не позволяют формировать импульсные случайные сигналы сложной формы. Поэтому в качестве базового объекта следует рассматривать цифровую вычислительную машину. По сравнению с базовым объектом 5 предлагаемое устройство позволяет формировать высокочастотный случай.ный импульсный процесс со случайными параметрами,который не может быть сформирован ЭВМ ее ограниченного быстродействия. Предлагаемое устройство обеспечивает расширение области применения устройства за счет уменьшения длительности импульсов.

21

Д

т

& m

21

2f/f2 к-1

Аалгл

1

т

т

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА/ содержащий первый и второй блоки памяти, датчик случайных чисел, первый и второй генераторы тактовых импульсов, преобразователь код - напряжение, модулятор полярности, первый и второй регистры памяти, делитель частоты, первый и второй дешифраторы, триггер, первый и второй счетчики, причем выход первого блока памяти соединен с управляющим входом датчика случайных чисел, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго регистров памяти и к устано вочному входу первого счетчика, выход которого соединен с входом первого дешифратора, выход которого подключен к входу Опрос датчика случайных чисел, к входу Сброс второго счетчика и к единичному входу триггера, нулевой вход которого соединен с выходом второго дешифратора, а нулевой выход триггеоа подключен к входу Пуск первого генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, а единичный выход триггера соединен с управляющим входом второго блока I I Пуск памяти и с входом второго генератора тактовых импульсов, выход Которого подключен к счетному входу делителя частоты, управляющий вход которого соединен с выходом второго регистра памяти, а выход делителя частоты подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого соединен .с входом ВТОРОГО дешифратора и с адресным выходом второго блока памяти, выход преобразователя код-напряжение соединен с информационным входом модулятора сл полярности, управляющий в,ход которого подключен к первому выходу первого регистра памяти, а выход модулятора полярности является выходом генератора, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит группу блоков умножения, группу -регистров памяти, коммутатор и третий дешифОС ратор, вход которого соединен с выходом второго счетчика, а выход третьего дешифратора соединен с со ;о управлякяцим входом коммутатора и с синхронизирующими входами регистров памяти группы, информационные входы которых подключены к выходу второго блока Пс1мяти, а выходы регистров памяти группы соединены с первыми входами соответствующих блоков умножения группы, вторые входы которых подключены к второму выходу первого регистра памяти, а выходы блоков умножения группы соединены с группой информационных входов коммутатораi соответственно, выход которого соединен с входом П13еобразователя коднапряжение.

1

т

фиг.2