Квазистохастический преобразователь Советский патент 1985 года по МПК G06F7/70 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной и измерительной техники и может быть использовано в вычислительных устройствах с вероятностно-импульсной или частотно-импульсной формой представления информации.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг.1 представлена структурная схема квазистохастического преобразователя, на фиг.2 - формирователь импульсов; на фиг.З - график относительной погрешности преобразователя

Структурная схема квазистохастического преобразования содержит генератор 1 псевдослучайных чисел (ГИСЧ), схему 2 сравнения, генератор 3 тактовых импульсов (ГТИ), приемный регистр 4, группу 5 элементов И, формирователь 6 импульсов, первую схему 7 сравнения, элемент И 8.

Формирователь 6 импульсов содержит первый D-триггер 9, второй Л) триггер 10, элемент И 11.

Приемный регистр предназначен для хранения кода преобразуемой величины А и выполнен с применением интегральных микросхем средней степени интеграции (например, на базе 155 ИР1). Разрядность кода совпадает с разрядностью числа ГПСЧ. Код с выхода приемного регистра подается на первый вход первой схемы 7 сравнения. Вход приемного регистра являт ется входом всего устройства.

Первая схема 7 сравнения реализует алгоритм квазистохастического кодирования входной величины А

у.-Гь

А Н

где Н - число ГИСЧ в 1 -м такте,

,2,...,M;

,1(- квазистохастическая последовательность импульсов на выходе схемы сравнения. Элемент И 8 обеспечивает съем информации с выхода первой схемы 7 сравнения в моменты времени, определяемые тактовыми импульсами с инверсного выхода ГГИ. Вход элемента И соединен с выходом первой схемы 7 сравнения, а его управляющий вход со вторым выходом ГТИ. Выход элемента И образует выход квазистохастического преобразователя. ГПСЧ реализован на базе модифицированного регистра сдвига с применением и-нте3352

гральньгх микросхем (например, 155 ИР1 и 155 ЛП5). ГПСЧ формирует числа, равномерно распределенные в интервале O,1j. Тактовый вход ГГИ соединен со вторым входом формирователя 6 импульсов, а выход его подключен ко входам группы 5 элементов И и первому входу второй схемы 2 сравнения.

Группа ключей состоит из 2 схем И (например, 155 ЛИ1). На выходах группы 5 элементов И появляются биты цифрового кода ГПСЧ или нулевой код при подаче на их управляющие

входы логического нуля с первого выхода формирователя 6 импульсов. Входы группы 5 элементов И соединены с выходом ГПСЧ, а выходы - со вто.рым входом первой схемы 7 сравнения.

Двухфазный ГТИ реализован с применением интегральных микросхем (например 155 ЛН1) и предназначен для тактирования работы узлов преобразователя . Первый выход ГТИ подключен к тактовому входу формирователя 6 импульсов, а второй - к управляющему входу элемента И 8.

Вторая схема 2 сравнения и формирователь 6 импульсов формируют нулевой код на выходе группы 5 элементов И, при равенстве кодов ГПСЧН и управления 0. Код управления О поступает на второй вход второй схемы 2 сравнения и определяет момент появления нулевого состояния на выходе группы 5 элементов И. Разрядность кодов управления ГПСЧ и приемного регистра одинаковы и равны В . В зависимости от конкретного применения квазистохастического преобразователя величина кода управления О может быть постоянной или переменной от одного периода ГПСЧ к другому. В первом случае на второй

вход второй схемы 2 сравнения подается некоторый постоянный код, а во втором - коды от специального устройства управления, изменяющиеся в каждом периоде работы ГПСЧ.

Вторая схема 2 сравнения и формирователь 6 импульсов, как и все другие узлы преобразователя, выполняются с помощью цифровых интегральных схем.«

Формирователь 6 импульсов работает следующим образом.

Пусть в к-й такт коды ГПСЧ Н« и управления О совпадут. На выходе

3

второй 2 схемы сравнения возникает переход из логической единицы в нуль. По этому фронту на прямом выходе первого D -триггера 9 появляется логическая единица, а на инверсном выходе - логический нуль (первый выход формирователя 6 импульсов). Логический нуль с инверсного выхода первого D -триггера 9 запрещает поступление (к+1)-го импульса ГТИ через элемент И 11 на тактовый вход ГПСЧ 1 и одновременно закрывает группу 5 элементов И (фиг.1). В (к+1)-м такте на выходе второго D триггера 10 появляется логический нуль, который переводит первый D триггер 9 в состояние логической единицы по инверсному выходу. Поэтому открьшаются и ключом 5 и разрешается прохождение (к+2)-го импульса через элемент И 11 на тактовый вход ГПСЧ 1. Следовательно, с к по (к+1)-й такты на второй вход первой схемы 7 сравнения поступает нулевой код, а с Ск+1) по (к+2) такты - код, численно равный коду управления 0.

Квазистохастический преобразователь работает следующим образом.

На вход приемного регистра 4 поступает цифровой код преобразуемой величины А. По тактовому импульсу первого выхода ГТН 3 ГПСЧ 1 вырабатывает псевдослучайное число Н (i 1,...,М), которое через группу 5 элементов И подается на второй вход первой схемы 7 сравнения. При выполнении условия на выходе первой схемы 7 сравнения появляется логическая единица, поступающая через элемент И 8 на выход преобразователя по приходу тактового импульса со второго выхода ГТИ 3. Если Н&А, то на выходе преобразователя сохраняется логический ноль. При сов793354

падении кодов управления и ГПСЧ в к-м такте вторая схема 2 сравнения вырабатьшает сигнал для формирователя 6 импульсов. По этому сигналу на 5 первом выходе формирователя 6 импульсов формируется управляющее воздействие для группы 5 элементов И, группы 5 элементов И закрываются и в к-м такте происходит сравнение чисfO ла А с нулем.

Одновременно формирователь 6 импульсов запрещает прохождение (к+1)го импульса ГТИ 3 на тактовый вход ГПСЧ 1, поэтому он не изменяет свое- .

f5 го состояния в этом такте.

На (к+1)-м такте формирователь 6 импульсов снимает управляющее воздействие и группа 5 элементов И соединяет выход ГПСЧ 1 и второй вход

20 первой схемы 7 сравнения. Так как ГПСЧ 1 в (к+1)-м такте не изменил своего предыдущего к-го состояния, то в этом такте происходит сравнение числа А и кода, численно равного коду управления 0. На следующем (к+2)-м такте формирователь 6 импульсов разрешает прохождение импульсов ГТИ 3 на тактовьш вход ГПСЧ 1 Таким образом, в предлагаемом

30 устройстве за цикл преобразования тактов на второй вход первой схемы 7 сравнения подается 2. неповторяющихся чисел, среди которых есть и нулевой код, что обеспечивает точное преобразование числа А.

График, представленный на фиг.З, показывает относительную погрешность преобразователя-прототипа (/А-А/: :А)ЧОО%, где А - оценка величины А,

Q получаемая за -1 тактов работы преобразователя-прототипа. Данньй график наглядно демонстрирует преимущества предлагаемого преобразователя, так как для него Е 0%, при любом значении числа А.

(риг.7

1. КВАЗИСТОХАСТНЧЕСКИП ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий генератор псевдослучайных чисел, группу элементов И, первую схему сравнения, элемент И, генератор тактовых импульсов и регистр, вход которого является информационным входом преобразователя, группа выходов регистра соединена с первой группой входов схемы, сравнения, вторая группа входов кото рой соединена с выходами элементов И группы, выход схемы сравнения соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом генератора тактовых импульсов, а выход является выходом преобразователя, при этом выходы генератора псевдослучайных чисел соединены с первыми входами элементов И-группы, отли,чающийся тем, что с целью повышения точности преобразования, в него введенВ: вторая схема сравнения и формирователь импульсов, управляющий и информационный входы .которого соединены соответственно с выходом второй схемы сравнения и прямьм выходом генератора тактовых импульсов, управля ющий и информационный выходы формирователя импульсов соединены соответ ственно с входом генератора псевдослучайных чисел и объединенными вторыми входами элементов И группы, первая группа входов второй схемы сравнения является группой управляющих входов преобразователя, а вторая группа входов второй схемы сравi нения, соединена с группой выходов генератора псевдослучайных чисел. СЛ С 2. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что формирователь импульсов содержит первьй и второй D -триггеры и элемент Н, выход которого является управляющим выходом формирователя, первьА вход элемента Ии С -вход второго D триггера объединены и являются информационным входом формирователя, С-вход первого Л -триггера является Од Од управляющим входом формирователя, инверсный выход первого D -триггесд ра соединен с вторым входом элемента И и с информационным выходом формирователя, инверсный выход второго D -триггера соединен с I -входом первого D -триггера, прямой выход которого соединен с D -входом второго 3 -триггера, О-вход первого D -триггера является входом логической 1 формирователя.

О ffff 8ходы

группы злементод

И5

К трактодому входу