Генератор случайных сигналов Советский патент 1984 года по МПК G06F1/02 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам, предназначенным для управления испытаниями объектов.

Известны генераторы псевдослучайных сигналов, содержащие блок управления, ре гистры сдвига, элементы И, элемент ИЛИ, элемент НЕ и дешифратор 1.

Основным недостатком известных генераторов является сложность перестройки, так как данный генератор работает только с одним видом спектра.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой генератор случайных процессов, содержащий генератор тактовых частот (импульсов), выходы которого подключены к входам мультиплексора (коммутатора), выход которого ггодключен к входу генератора белого шума, блоку синхронизации и блоку регистров, выход которого подключен к входу первого умножителя, первому входу первого элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу коммутатора, выходы которого подключены к вторым входам блока регистров, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу второго умножителя, выход которого подключен через накапливающий сумматор к первому входу второго элемента И, выход элемента И подключен через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр к выходу устройства, первый и второй выходы пульта управления (выполненного на регистрах) подключены соответственно через третий и четвертый элементы И к первым входам первого и второго блока памяти, выходы которых подключены соответственно к вторым входам первого и второго умножителя, выход первого умножителя подключен к первому входу второго накапливающего сумматора, выход которого через элемент И подключен к вторым входам первого и второго элемента ИЛИ, выход генератора белого щума подключен через четвертый элемент И к второму входу второго накапливающего сумматора, вторые входы первого и второго блока памяти подключены соответственно к первому и второму выходам блока синхронизации, третий выход пульта управления (выполненного на регистрах) подключен к входу мультиплексора (коммутатора), четвертый выход пульта управления (выполненного на регистрах) подключен к второму входу блока синхронизации, пятый выход пульта управления подключен к третьему входу блока синхронизации и через дешифратор к второму входу коммутатора 2.

Основным недостатком прототипа является сложность перестройки генератора.

Цель изобретения - расщирение области применения путем введения программной перестройки.

Поставленная цель достигается тем, что 5 в генератор случайных сигналов, содержащий регистр, вход которого является входом генератора случайных сигналов, первый выход регистра подключен к первому входу первого коммутатора, первый и второй блоки памяти, второй коммутатор, ге нератор белого шума, генератор тактовых импульсов и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом генератора случайных сигналов, введены третий блок памяти, счетчики и триггеры,

5 второй выход регистра подключен к первому входу третьего блока памяти, первому входу первого счетчика и второму входу первого коммутатора, выход третьего блока памяти подключен к первым входам первого и второго блоков памяти,, выходы которых

0 подключены соответственно к первому и второму входам второго коммутатора, выход которого подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя, третий выход регистра подключен через генератор тактовых импульсов к первому входу второго счетчика, входу генератора белого шума, второму входу первого счетчика, первому входу третьего счетчика и первому входу четвертого счетчика, первые выходы второго и третьего счетчиков подключены

Q соответственно к вторым входам первого и второго блоков памяти, вторые выходы второго и третьего счетчика подключены соответственно к первым входам первого и второго триггеров, выход первого триггера подключен к третьему входу второго комму5 татора, второму входу второго счетчика, третьему входу первого блока памяти и второму входу первого триггера, выход второго триггера подключен к четвертому входу второго коммутатора, второму входу третьего счетчика, третьему входу второго

блока памяти и второму входу первого триггера, четвертый выход регистра подключен к второму входу третьего блока памяти и второму входу четвертого счетчика, выход которого подключен к третьим входам треть5 его и второго счетчиков и второму входу цифроаналогового преобразователя, выход генератора белого щума подключен к третьему входу первого коммутатора, выход которого подключен к третьему входу первого счетчика, выход которого подключен к

0 третьему входу третьего блока памяти.

На чертеже представлена структурная схема генератора случайных сигналов.

Генератор случайных сигналов содержит регистр 1, блоки 2-4 памяти, счетчики 5-8, коммутаторы 9 и 10, генератор 11

белого щума, генератор 12 тактовых импульсов, триггеры 13 и 14, цифроаналоговый преобразователь 15, вход 16 управления, выход 17 генератора.

Введение новых блоков и элементов поз волило исключить длительный процесс вычисления требуемого спектра случайных сиг налов, что привело к повышению быстродействия и обеспечению выбора программной установкой необходимого спектра слу чайных сигналов (соответствующих кодов) на входе 16 управления и позволило реализовать программную перестройку генератора случайных сигналов.

Работа генератора случайных сигналов основана на формировании цифровых кодов для цифроаналогового преобразователя 15, которые выбираются из блоков 3 и 4 памяти через коммутатор 9, осуществляющего выбор блоков 3 и 4 памяти по мере их заполнения из блока 2 памяти.

Управляющие коды для генератора случайных сигналов поступают с входа 16 управления в регистр 1, в котором хранятся сигналы управления для генератора

12тактовых импульсов, коммутатора 10, счетчика 5 и блока 2 памяти.

Подготовка генератора к работе заключается в занесении в блок 2 памяти набора псевдослучайных чисел с заданной спектральной плотностью мощности через регистр 1. В этом режиме работы устройства запись в блоке 2 памяти производится управляющими сигналами с четвёртого выхода регистра I, адрес для запоминающего устройства определяется состоянием счетчика 5, начальный код в который заносится с коммутатора 10. После занесения начального кода счетчик 5 считает импульсы, управляющие записью, в блоке 2 памяти и, таким образом, производится перебор всех адресов блока 2 памяти. После заполнения блока 2 памяти разрещается работа генератора 12 тактовых импульсов и заносится коэффициент пересчета в счетчик 8, определяющий своим состоянием скорость считывания информации из блоков 3 и 4 памяти.

В начальном состоянии один из триггеров 13 и 14 устанавливается в единичное состояние, другой - в нулевое. Распределение состояний между триггерами

13и 14 происходит случайным образом, так как выходы триггеров 13 и 14 соединены попарно с входами сброса. Единичное состояние триггеров 13 и 14 определяет режим считывания для соответствующих блоков 3 и 4 памяти, адреса которых форуируются счетчиками 6 и 7 путем подсчета числа импульсов с выхода счетчика 8.

Нулевое состояние триггеров 13 и 14 указывает на режим записи в соответствую щий блок (3 или 4) памяти из блока 2 памяти.

Адреса для блока 2 памяти цри считывании формируются счетчиком 5, которыйв этом режиме считает импульсы с выхода генератора 12 тактовых , а коэффициент пересчета счетчика 5 устанавливается генератором 11 белого щума через коммутатор 10. Таким образом, на ин5 формационном входе цифроаналогового пре образователя 15 получается последовательность кодов, которая представлена числами из блока 2 памяти (выборками псевдослучайной длины). Полученная последовательность полностью соответствует по спектраль0ной плотности вероятности числам, хранимым в блоке 2 памяти. Содержимое блока 2 памяти определяется кодами, поступающими на вход 16 управления генератора случайных сигналов через регистр 1. Эти

с коды могут формироваться (например в микро-ЭВМ) по алгоритмам соответствующих преобразований. Таким образом, перестройка генератора осуществляется занесением новых чисел в блок 2 памяти.

Требуемая скорость формирования сиг0 налов определяется коэффициентом пересчета счетчика 8, а скорость считывания данных из блока 2 памяти блоками 3 и 4 памяти - частотой синхроимпульсов с выхода генератора 12 тактовых импульсов. Переключение блоков 3 и 4 памяти из ре5 жима записи в режим считывания осуществляется по сигналу переполнения соответствующих счетчиков 6 и 7. Сигналы переполнения фиксируются в триггерах 13 и 14. Такое формирование псевдослучайных сигналов позволяет исключить периодич0ность при тиражирований выборки псевдослучайных чисел конечной длины и всплески сигналов и искажений (являющихся следствием периодичности в последовательности псевдослучайных чисел).

Кроме того, скорость работы устройства ограничивается сверху быстродействием блоков 3 и 4 памяти, коммутатора 9 и цифроаналбгового преобразователя 15 и не зависит от быстроты формирования псев0 дослучайных чисел для блока 2 памяти.

По сравнению с базовым генератором (низкочастотный генератор шума, позволяющий получить случайные процессы в диапазоне частот 0,25-20 кГц с заданным спектром) предлагаемый генератор позво5 ляет: расщирить частотный диапазон генерируемых сигналов в 10 раз (от 0,001 до 50 кГц) повысить качество и точность испытаний объектов, точность генерации спектра предлагаемым генератором равна 7- 10°/о, базовым 20%); генерировать сигналы с различными спектральными плотностями мощности; автоматизировать процесс испытаний, что уменьщает время простоя оборудования и повышает производительность; проводить широкий круг комплексных испытаний, например вибрационно-климатических и т. д.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащий регистр , вход которого является входом генератора случайных сигналов, первьш выход регистра подключен к первому входу первого коммутатора, первый и второй блоки памяти, второй коммутатор, генератор белого шума, генератор тактовых импульсов и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом генератора случайных сигналов, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем введения программной перестройки, в него введены третий блок памяти, счетчики и триггеры, второй выход регистра подключен к первому входу третьего блока памяти, первому входу первого счетчика и второму входу первого коммутатора, выход третьего блока памяти подключен к первым входам первого и второго блоков памяти, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам второго коммутатора, выход которого подключен к первому входу цифроаналогового преобразователя, третий выход регистра подключен через генератор тактовых импульсов к первому входу второго счетчика, входу генератора белого шума, второму входу первого счетчика, первому входу третьего счетчика и первому входу четвертого счетчика, первые выходы второго и третьего счетчиков подключены соответственно к вторым входам первого и второго блоков памяти,вторые выходы второго и третьего счетчика подключены соответственно к первым входам первого и второго триггеров, выход первого триггера подключен к третьему входу второго коммутатора, второму входу второго счетчика, третьему входу первого i блока памяти и второму входу первого триггера, выход второго триггера подключен к сл четвертому входу второго коммутатора, второму входу третьего счетчика, третьему входу второго блока памяти и второму входу первого триггера, четвертый выход регистра подключен к второму входу третьего блока памяти и второму входу четвертого счетчика, выход которого подключен к третьим входам третьего и второго счетчиков и второму входу цифроаналогового преобразователя, выход генератора белого шума подключен к третьему входу первого 00 коммутатора, выход которого подключен к ;о ;о третьему входу первого счетчика, выход которого подключен к третьему входу третьего блока памяти.