Цифровое устройство для формирования случайных процессов с заданным спектром Советский патент 1990 года по МПК G06F7/58 

J

гт

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в различных технических системах, использующих случайные воздействия с требуемыми спектральными свойствами, например, в качестве устройства для формирования возбуждающего воздействия в автоматизированной системе управления виброиспытаниями. Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат. Для этого в устройство, в соответствии со знаковым методом формирования, введены накапливающий сумматор 5, преобразователь 4 прямого кода в обратный, блок 6 синхронизации, блок 3 задания весовых коэффициентов спектра и блок 2 вычисления коэффициента преобразования спектра. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

YZ

1

СП

СО 4;:

сд

ND

СО

Y2

у;

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в различных технических системах, использующих случайные процессы, например в качестве устройства для формирования возбуждающего воздействия в автоматизированной системе управления виброиспытаниями.

; Цель изобретения - сокращение аппа- ратурнь х затрат.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока вычисления коэффициента преобразования спектра.

Устройство содержит генератор 1 первич- |ного шума, блок 2 вычисления коэффи- ;циента преобразования спектра, блок 3 за- ; Дания весовых коэффициентов спектра, пре- :образователь 4 прямого кода в обратный, накапливающий сумматор 5 и блок 6 синхро- низации. В состав блока 2 вычисления ко- ;эффициента преобразования спектра входят 8-разрядные счетчики 7 и 8, блоки 9 и 10 ; памяти, элементы И 11 и 12, сумматор 13 по модулю два,, триггер 14, элементы ИЛИ 15, ; НЕ 16 и и 17.

Устройство функционирует, следующим :образом.

: Перед началом работы в блок 3 зада- ния весовых коэффициентов спектра зано- сится массив значений весовой функции формирующего фильтра. Весовая функция формирующего фильтра получается обычно в результате применения алгоритма обратного преобразования Фурье к частотной характеристике формирующего фильтра. Пусть ; длина весовой функции составляет 511 от- : счетов (). Параметры генерируемого ; случайного процесса определяются периодом квантования Т последовательности у(п). В силу симметрии весовой функции k(n) в блоке 3 целесообразно хранить только первые (/V + l)/2 отсчетов h{n), т.е. в рассматриваемом случае емкость блока 3 составляет 256 слов.

Пусть, например, ячейка блока 3 содержит 16 разрядов (), а весовые коэффициенты, поступающие с внешнего устройства, промасщтабированы таким образом, что они занимают только часть разрядной сетки. Процедура масштабирования основана на том, чтобы сумма модулей весовых коэффициентов не привела к переполнению накапливающего сумматора 5. Кроме этого, в старшем цифровом разряде кода весовых коэффициентов с номерами ,254 записана единица, а в старшем цифровом разряде отсчета h(h) с номером п 255 хранится нуль.

Необходимость этой операции вызвана спецификой обработки отсчета весовой функции h(n) с номером , который является центром симметрии весовой функции, и осуществляется на внешнем устройстве перед записью весовых коэффициентов в блок 3.

Выражение для вычисления линейной свертки в удобной для реализации форме (с учетом симметрии весовой функции) следующее:

W-Wi

у(п)1, h(((m+n) +

+.2.( + .),

(1)

где ,1,2....

Устройство работает циклически. Цикл, работы заключается в выработке одного выходного отсчета у(п). После записи от- счетов весовой функц,ии h(n), ,(N-1)/2 5 в блок 3 устройство переводится в режим генерации. В блоке 2 вычисления коэффициента преобразования спектра хранятся Л предыдущих отсчетов знаковой последовательности х(п), поступивших с выхода генератора 1 первичного шума. Цикл работы устройства начинается со считывания отсчета ft(0) из блока 3 и выдачи его на вход преобразователя 4. Одновременно с этим в блоке 2 анализируются отсчеты знаковой последовательности х(0) и x(N-l). Если указан- 5 ные отсчеты знаковой последоват&тьности имеют знак плюс (напряжение логического нуля), то перед суммированием в сумматоре 5 отсчет /г(0) необходимо удвоить, если ;е(0) и x() имеют знак минус (напряжение логической единицы), то h{Q} 30 также необходимо удвоить и изменить его знак на противоположный, а при разных знаках х(0) и x(N-) отсчет /i(0) участия в суммировании не принимает. Предположим, что информация в устройстве обрабатывается и хранится ь обратном коде. 35 В преобразователе 4 осуществляются преобразование кода весового коэффициента /г(0) в соответствии с признаком, формируемым в блоке 2, и удвоение весового коэффициента. Результат работы этого бло- 40 ка поступает в накапливающий сумматор 5. На этом заканчивается первый такт работы устройства. После этого из блока 3 считывается отсчет ft(l), а в блоке 2 анализируются отсчеты х{) и x(N-2}, и все указанные действия повторяются. После 256 45 тактов работы устройства в накапливающем сумматоре 5 формируется выходной отсчет у(0).

На этом заканчивается цикл работы устройства. После этого в блоке 2 отсчеты. знаковой последовательности .;(«) сдвигают- 50 ся на один разряд вправо и на освобо- дивщееся место записывается новый отсчет с выхода генератора 1 первичного шума. Начинается новый цикл работы устройства. Перед началом работы устройства в счетчик 7 записывается нулевая комбинация, а в счетчик 8 - единичная комбинация. Тактовый сигнал K-f поступает на вход прямого счета счетчика 7, а Уг-г.- на вход обратного счета счетчика 8. Под действием

55

сигналов Ji-j и li-, осуществляется управление чтением-записью в соответствующих блоках оперативной памяти. Если указанные сигналы имеют низкий потенциал, то происходит запись информации, при наличии высокого потенциала осуществляется чтение информации. Под действием сигнала Уг. происходит запись информации в триггер 14. На вторых входах элементов И 11 и 12 в течение первых 255 тактов поддерживается высокий потенциал, и только на последнем такте на указанных входах появляется низкий потенциал в соответствии с логикой работы устройства. Пусть к некоторому моменту времени на выходах блоков 9 и 10 установились низкие потенция- лы напряжения (соответствующие отсчеты знаковой последовательности имеют знак плюс). На выходе элемента ИЛИ 15 имеется низкий потенциал, что исключает выполнение операции преобразования кода весового коэффициента в преобразователе 4. В случае наличия высокого уровня напряжения на выходах блоков 9 и 10 на выходе элемента ИЛИ 15 находится высокий потенциал, и в преобразователе 4

происходит инверсия всех разрядов соот- 25 ний которого соединен с выходом старшеветствующего весового коэффициента h(n). В обоих случаях в триггер 14 с приходом сигнала Й-ч Записывается логическая единица (высокий уровень напряжения), что обеспечивает прохождение сигнала )t через

го разряда блока задания весовых коэффициентов спектра, вход запуска устройства является входом запуска генератора nepBiiit- ного шума, информационный выход которого соединен с информационным входом блоэлемент И 17. Этим сигналом разрешает- 30 ка вычисления коэффициента преобразовася суммирование соответствующего удвоенного отсчета h(n) с содержимым накапливающего сумматора 5. В случае, если на выходах блоков 9 и 10 оказываются разные уровни напряжения (отсчеты знаковой

ния спектра, кнфор.мационный выход которого соединен с входом разрешения преобразования преобразователя прямого кода в обратный, выход накапливающего C MM;ITO- ра является инфopмaциoнны 5 выходом устпоследовательности имеют противоположные 35 ройства, семь синхронизирующих входов б.тознаки), то на входе элемента И 17 присутствует потенциал логического нуля, блокируя прохождение сигнала Уг-у. Суммирование в сумматоре 5 не производится. На последнем (256-м) такте работы устройства на вторых входах элементов И il и 12 появляется потенциал логического нуля, что связано со спецификой обработки весового коэффициента h(N-1))2 (знак этого коэффициента определяется только отсчетом зн аковой послека вычислений коэффициентов преобразования спектра соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

Q 2. Устройство по п. . отличающееся тем, что блок вычисления коэффициента преобразования спектра состоит из двух счетчиков, двух блоков памяти, трех элементов И, триггера, элемента НЕ, элемента ИЛИ и сумматора по модулю два, причем первый

довательности x(N-1)|2, который находит- 45 синхронизирующий вход блока является так- ся по последнему считываемому адресутовым входом первого счетчика, выход ков блоке 9), чем обеспечивается безуслов-торого соединен с адресным входом первоное прохождение сигнала Yj, на второйго блока памяти, выход которого соединен

вход блока 5.с первыми входами первого элемента И и

элемента ИЛИ и с информационным входом 50 второго блока памяти, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два и с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого яв- сс ляется информационным выходом блока, второй синхронизирующий вход которого является тактовым входом второго счетчика, выход которого соединен с адресным входом второго блока памяти, выход первого

Устройство обладает высоким быстродействием, просто по техническому исполнению. Сокращение аппаратурных затрат обусловлено как знаковым способом, формирования, так и использованием эффективных технических рещений при реализации отдельных блоков устройства в соответствии с выражением (1). Предлагаемое устройство характеризуется меньщими аппаратурными затратами по сравнению с известным и

5

0

позволяет с высоким качеством формировать случайный процесс с заданным спектром.

Формула изобретения

: Цифровое устройство для формирования случайных процессов с заданным спектром, содержащее генератор первичного шума, отличающееся тем, что, с целью уменьшения аппаратурных затрат, оно содержит накапливающий сумматор, блок синхронизации, преобразователь прямого кода в обратный, блок задания весовых коэффициен-- тов спектра и блок вычисления коэффициента преобразования спектра, причем выход младших разрядов блока задания весовых коэффициентов спектра соединен с информационным входом преобразователи прямого кода в обратный, информационный выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора, вход запрета суммирования которого соединен с выходом окончания вычислений блока вычисления коэффициента преобразования спектра, вход разрешения вычисле ний которого соединен с выходом старшего разряда блока задания весовых коэффициентов спектра, вход запуска устройства является входом запуска генератора nepBiiit- ного шума, информационный выход которого соединен с информационным входом блока вычисления коэффициента преобразования спектра, кнфор.мационный выход которого соединен с входом разрешения преобразования преобразователя прямого кода в обратный, выход накапливающего C MM;ITO- ра является инфopмaциoнны 5 выходом устка вычислений коэффициентов преобразования спектра соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

Q 2. Устройство по п. . отличающееся тем, что блок вычисления коэффициента преобразования спектра состоит из двух счетчиков, двух блоков памяти, трех элементов И, триггера, элемента НЕ, элемента ИЛИ и сумматора по модулю два, причем первый

45 синхронизирующий вход блока является так- товым входом первого счетчика, выход коэлемента И соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого через элемент НЕ соединен с информационным входом триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента НЕ, выход которого является выходом окончания вычислений блока, информационным входом которого является информационный вход первого блока памяти, второй вход второго элемента И является входом разрешения вычислений блока, третий синхронизирующий вход которого является вторым входом первого элемента И, тактовый вход триггера является четвертым синхронизирую щим входом блока, пятый синхронизирующий вход которого является вторым входом третьего элемента И, шестой и седьмой синхронизирующие входы блока являются входами записи-считывания первого и второго блоков памяти соответственно.