Вероятностный преобразователь аналог-код Советский патент 1985 года по МПК G06F7/70 

11

Изобретение относится к импульсно технике, в частности к устройствам для .преобразования аналоговых величин в цифровой код, и может быть использовано в специализированных цифровых вычислительных машинах (СЦВМ), производящих решение задач корреляциойного анализа реализаций случайных процессов (вычисление математического ожидания, дисперсии и т.д.).

Цель изобретения - повьппение точности преобразования путем обеспечения независимости дисперсии ошибок округления от закона распределения входной аналоговой величины при сохранении независимости математического ожидания ошибок округления от указанного распределения.

На фиг. 1 схематически изображен вероятностный преобра зователь аналот-код; на фиг. 2 - функциональная схема генератора случайных чисел.

Вероятностный преобразователь аналрг-код состоит из установочного входа 1 и входа 2 тактовых импульсов устройства,, элементов 3 и 4 задержки порогового элемента 5, элементов И 6-8, генератора 9 случайных чисел, распределен гых по треугольному закону, группу элементов НЕ 10, цифроаналогового преобразователя 11, счетчика 12, делителя 13, триггера 14 группы элементов И 15, информационного входа 16 устройства и группы выхо дов 17 устройства.

Установочный вход 1 устройства подключен к установочному входу счетчика 12, первому входу делителя 13 и единичному входу триггера 14. Вход тактовых импульсов подключен к первому входу элемента И 7, выход которого соединен с входами элементо 3 и 4 задержки, входом генератора 9 случайных чисел и соответствующим входом делителя 13. Выход младших разрядов генератора 9 случайных чисел подключен к входу группы элементов НЕ 10, старший выходной разряд генератора 9 подключен к первому входу элемента И 8, выход группы элементов НЕ 10 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 11, выход цифроаналогового преобразователя 11 соединен с вторым входом порогового элемента 5, первый вход которого подключен к информационному входу 16 устройства. Выход порогово132

го элемента 5 соединен с первым входом элемента И 6, второй вход которого соединен с выходом элемента 3 задержки. К счетному входу счетчика 12 подключены выходы элементов И 6 и 8, выход счетчика 12 соединен с первым входом группы элементов И 15, выход группы элементов И подключен к группе выходов 17 устройства. Выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента И 8, выход делителя соединен с нулевым входом триггера 14 и вторым входом группы 13 элементов И. Выход триггера подключен к второму входу элемента И 7.

Преобразователь работает следующим образом.

Импульс, поступающий на установочный вход устройства, устанавливает триггер 14 в единичное, а счетчик 12 и делитель 13 в нулевое состояние. Единичное состояние триггера 14 обеспечивает прохождение через элемент И 7 тактовых импульсов на вход делителя 13 и вход генератора 9 случайных чисел, а через элементы 3 и 4 задержки - на вторые входы элементов И & и 8. При подаче очередного тактового импульса на вход генератора 9 на нем формируется новое случайное число. Наличие единицы в (п +1) -м раз15яде сформированного числа обеспечивает прохождение через элемент И 8 тактового импульса с выхода элемента 4 задержки на счетньй вход счетчика 12, в результате чего его. состояние уве--: личивается на единицу.

Младшие п разрядов генератора 9 случайнь4х чисел через элементы НЕ 10 поступают на вход Цифроаналогового преобразователя 11, на выходе которого формируется случайное напряжение, сравниваемое в пороговом элементе 5 с входным аналоговым напряжением. Если входное аналоговое напряжение больше напряжения с -выхода цифроаналогового преобразователя 11, то пороговый элемент 5 вырабатывает напряжение, обеспечивающее прохождение через элемент И 6 тактового импульса с выхода элемента 3 задержки на счетный вход счетчика 12, в результате чего его состояние увеличивается на единицу. После поступления N-ro тактового импульса на выходе делителя 13 вырабатывается импульс, который поступает на нулевой вход триггера 14, переводя его в нулевое состояние, а также 3. на вторые входы группы элементов И 15 разрешая прохождение двоичного кода из счетчика 12 на группы выходов 17 устройства. Нулевое состояние тригге ра 14 запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И 7. При получении нового импульса на установочный вход 1 устройства, работа преобразователя возобновляется по указанной схеме. Элемент 3 задержки обеспечивает задержку тактовых импульс:ов на время работы генератора 9 случайных чисел, элементов НЕ 10, цифроаналогового преобразователя 11 и порогового элемента 5, а элемент 4 задержки только на время работы генератора 9 случайных чисел. Импульс на выходе делителя 13 формируется с задержкой на время, превышающее время задержки элемента 3 на величину быстродействия счетчика 12. Генератор 9 случайных чисел, распределенных по треугольному закону, состоит из двух генераторов 18 равномерно распределенных случайных чисел и сумматора 19. Входы генераторов 18 подключены к входу генератора 9, подключенному к выходу элемента И 7, с которого поступают тактовые импульсы. Выходы разрядов первого, и в.торого генераторов 18 равномерно распределенных чисел соединены соответственно с входами разрядов первой и второй группы сумматора 19. Выход сумматора 19 является выходом генератора 9 распределенных п треугольному закону случайных чисел. Генератор 9 работает следующим образом. Тактовьй импульс, поступакщий , на вход, возбуждает генераторы .18, формирующие независимо друг от друга .равномерно распределенные на интервале от О до л п -разрядные случайные числа, которые суммирзпотся в сумматоре 19. На выходе сумматора 19 получается (п+1)-разрядмое случайное число, распределенное по треугольному закону на интервале от О до 24, поскольку оно есть результат суммирования двух статистических независимы случайных величин, равномерно распределенных на интервале от О до Л. Плотность вероятности расщ)еделен ного по треугольному закону на интер вале от О до 24 случайного числа 2 опиеделяется вьфажением 13 -ев i 2 О , О :S 2 : Л , Л 2 2й , 2л. :2 оа . Пусть о Z . Тогда в старшем разряде генератора 9 случайных чисел содержится нуль и, следовательно, число 2, содержащееся в младших разрядах генератора 9 случайных чисел, совпадает с Z .На выходе элементов НЕ 10 имеется число v 4-2 , поступающее на вход цифроаналогового преобразователя 11, напряжение v л - 2. с выхода которого поступает на первый вход порогового элемента 5, на второй вход которого по шине 16 аналогового входа подается преобразуемое напряжение О X л . В соответствии с логикой работы преобразователя, если или, что эквивалентно, , то добавление единицы в младший разряд счетчика .12 не производится и, следовательно, в этом случае результат преобразования у 0. Вероятность того, что у О, равна вероятности выполнения условия , Z А - X И определяется выражением й-х (А-иУ Р(0) ц)(21)с/2 -J Аналогочным образом, рассматривая случай , нетрудно получить, что вероятность Р(2) того, что результат преобразования равен у 24, определяется выражением PUH to(zM2( 1и, наконец, для определения веротности того, что у л , можно аписать Р(1) 1-РСО)-Р(2). Поскольку ошибка округления у - X, то для определения математиеского ожидания гпсИ дисперсии | шибок округления имеем Х() P(0-m 4 i-0 4 Такими характеристиками обла дают ошибки округления в каждом (jt7) такте работы прейёразователя. Следовательно, математическое з ожидание дисперсия . ошибки округления за N тактов работы преоб- и mg Nm Nj , j 2 ..2 4 -. зависят от закона распределения

ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГ-КОЛ, содержащий цифроаналоговый преобразователь, пороговый элемент, первый элемент И, делитель, счетчик и группу элементов И, выходы которых являются группой выходов устройства, первый вход порогового элемента соединен с информационным входом устройства, второй вход - с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с первыми входами соответствунщих элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходом делителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены (п+1)-разрядный генератор случайных чисел, распределенных по треугольному закону, второй и третий элементы И, первый и второй элементы задержки, группа элементов НЕ и триггер, нулевой вход которого соединен с выходом делителя, единичный вход триггера, установочный вход счетчика и первый вход делителя соединены с установочным входом устройства, первый вход второго элемента И соединен с входом тактовых импульсов устройства, второй вход - с выходом триггера, а вькод - с входами первого и второго элементов задержки, вторым (Л входом делителя и входом генератора случайных чисел, выходы п разрядов которого соединены с входами соответствующих элементов НЕ группы, выходы которых соединены с соответствующими разрядами цифроаналогового преобразователя, выхрд ()-ro разряда гене ратора случайных чисел соединен с перО9 вым входом третьего элемента И, второй ( вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а второй выЬ ход - со счетным входом счетчика, выход первого элемента задержки соединен с вторым входом первого элемента И.

§С.

§|к.

i

l::ь