Генератор импульсов со случайной длительностью Советский патент 1993 года по МПК H03K3/84 G06F7/58 

оо |О

:ГО

:Јь

О

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам формирования импульсов, значения длительности которых случайны и распределены по закону Лапласа,

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет получения распределения Лапласа.

На фиг.1 приведена блок-схема генератора; на фиг.2 - временная диаграмма работы генератора.

Генератор содержит элементы 1, 2 и 7 задержки, триггеры 3 и 4. высокочастотный генератор 5 импульсов, низкочастотный генератор 6 импульсов, счетчики 8 и 9, группу элементов И 10. регистр 11 сдвига.

Число разрядов счетчиков 8 и 9 и элементов 10 И группы равно К, а число разрядов per истра 11 сдвига равно . Первый 1 и второй 2 элементы задержки, в качестве которых могут быть использованы одновиб- раторы или линии задержки, обеспечивают время задержки импульсов т31 и Т32 соответственно, причем Г31 Т32.

В предложенном устройстве счетчики (импульсов) выполняют функции формирователей равновероятных кодов,

За случайный интервал времени между двумя запускающими сигналами на вход счетчиков поступает серия импульсов с выхода высокочастотного генератора: на первый счетчик непосредственно, а на второй счетчик через третий элемент задержки. В момент поступления очередного запускающего сигнала подсчет этих импульсов в счетчиках прекращается и код КС7, значение которого определяется состояниями счетчиков в момент прекращения счета, переписы- . вается в К.старших разрядов q разрядного () регистра сдвига. Затем на его синхронизирующий вход с периодом Тн поступают импульсы с выхода низкочастотного генератора. Каждый из этих импульсов сдвигает содержимое регистра на один разряд, причем поступление сдвиговых импульсов прекращается, как только о старшем разряде регистра сдвига записана единица.

Таким образом, число импульсов, поступающих на вход регистра сдвига после запуска устройства, а следовательно, и длительность временного интервала, в течение которого они вырабатываются низкоча- стотным генератором, зависит от количества нулей, записанных подряд в старших разрядах регистра сдвига от двух счетчиков.

Ззиду того, что значения кода Кс в каждом счетчике разноаероятны. вероятность

того, что в старших разрядах по (q-m)-ro заЬ

писаны подряд н-ули, равна (1/2)т+ ()

0

5

0

5

+ ФППоказатели I и п определяются количеством О на выходе счетчика 8 и 1 - на выходе счетчика 9. Число п определяется из соотношения , где р - зависит от параметра сдвига распределения Лапласа. Его можно найти из соотношения

-г В

Следовательно, значения длительности временных интервалов с момента прихода запускающего импульса до момента прекращения поступления сдвиговых импульсов случайны и соответствуют количеству нулей, записанных одновременно в старших разрядах регистра сдвига. Вероятность того, что в q разрядах полное время (это эквивалентно количеству нулей кода) для последовательности поступлений равна.

1л1 i. Л 1-р

5

0

5

0

5

что эквивалентно закону распределения Лапласа.

Для того, чтобы исключить возможность зацикливания работы регистра при записи нулей во все его разряды (). необходимо после завершения формирования очередного временного интервала устанавливать старших разрядов в О, а в первый разряд регистра принудительно записывать 1, для чего введена связь выхода регистра сдвига с его входом гашения (начальной установки).

Генератор работает следующим образом.

При поступлении запускающего сигнала (фиг.2а) триггер 3 устанавливается в единичное состояние. В этот момент импульсы с выхода высокочастотного генератора 5 (фиг.2б) прекращают поступать на вход счетчика 8 (импульсов). Импульсы с высокочастотного генератора 5 поступают через третий элемент задержки на вход второго счетчика 9 (импульсов) (фиг.2д) через интервал времени гс. Запускающих сигнал, задержанный первым элементом 1 задержки на время г31. необходимое для завершения переходных процессов в счетчиках 8 и 9, поступает на объединенные входы элементов И группы. При этом содержимое разрядов счетчиков 8 и 9 с 1-го по К-й переписывается в соответствующие разряды регистра 11 сдвига со 2-го по q-й.

Содержимое разрядов второго счетчика в предполагаемом генераторе поступает на

инверсные входы группы элементов И 10 для обеспечения выполнения условия суммирования вероятностей записи нулей от обоих счетчиков в разряды регистра сдвига. Запускающий сигнал, задержанный вторым элементом 2 задержки на время, необходимое для завершения переходных процессов в регистре 11 сдвига, устанавливает триггер 3 в нулевое состояние, при этом счетчики 8 и 9 продолжают подсчитывать импульсы, формируемые высокочастотным генератором, начиная с того значения кода Кс, которое было зафиксировано в момент поступления запускающего сигнала. Одновременно сигнал с выхода второго элемента 2 задержки устанавливает триггер 4 в нулевое состояние (фиг.2в), при этом импульсы с выхода низкочастотного генератора б (фиг.2г) начинают поступать на синхронизирующий вход регистра 11 сдвига, осуществляя сдвиг кода, записанного в нем, в сторону старших разрядов. Если при поступлении очередного сдвигового импульса оказывается, что в старшем разряде записана 1, то сигнал с выхода регистра 11 сдвига устанавливает второй триггер 4 в единичное состояние, отключая тем самым низкочастотный генератор 6 от регистра 11 сдвига. Одновременно .этим же сигналом все разряды регистра 11 сдвига, кроме первого, устанавливаются в нулевое состояние, а в первый разряд записывается 1 - осуществляется подготовка записи очередного значения кода Кс.

Время, в течение которого второй триг- 4 находится в нулевом состоянии гн, зависит от значения кода Кс и может быть вычислено по формуле тн Тн (М + 1), где М - число старших разрядов регистра 11 сдвига, s которых подряд записаны нули,

Как было указано, при равновероятно- .:тяых значениях Кс закон распределения значений Гн - Лапласа. Таким образом, на нулевом выходе второго триггера 4, являющемся первым выходом 12 генератора, формируются и м пульсы со случайной длительностью. Одновременно на выходе низкочастотного генератора б, являющемся вторым выходом 13 устройства, формирует- „я пачка импульсов, число которых также случайно и распределено по закону Лапласа. Обеспечение равновероятных значений кода Кс достигается выбором соотношения частоты запускающих сигналов f3 и частоты высокочастотного генератора fe из условия fo/fa 2K. Значение частоты низкочастотного генератора fn выбирается из требуемого

диапазона значений случайной длительности импульсов гм. При этом гррмин низкочастотный для данного генератора имеет условный характер, гак как заимствован из 5 описания к авторскому свидетельству. По выполняемым функциям -- это генератор тактовых импульсов и частота fn может быть как больше, так и меньше fn. Для предотвращения повторного запуска генератора во

0 время формирования очередного импульса со случайной длительностью необходимо частоту запускаемых сигналов выбирать из

fH

условия f3 - . q

5 Технико-экономических эффект изобретения выражается в том. что заявляемое устройство позволяет расширить функциональные возможности за счет моделирования распределения Лапласа.

0Формула изобретения

Генератор импульсов со случайной длительностью, содержащий первый и второй триггеры, высокочастотный и низкочастотный генераторы, первый и второй счетчики

5 импульсов, группу, элементов И. регистр сдвига, первый и второй элементы задержки, входы которых являются входом устройства и подключены к единичному входу первого триггера, выход второго элемента

0 задержки соединен с нулевым входом второго триггера и нулевым входом первого триггера, инверсный выход которого подключен к входу генератора высокой частоты. выход которого подключен к входу первого

5 счетчика импульсов, выходы первого счетчика импульсов и выход первого элемента задержки подключены к прямым первым и вторым входам группы И элементов соответственно, а выходы второго счетчика им0 пульсов соединены с инверсными входами группы И элементов, выходы которых соединены с соответствующими разрядами регистра сдвига, выход которого подключен к входу Установка регистра сдвига и к еди5 ничному входу второго триггера, инверсный выход которого является первым выходом устройства и подключен к входу генератора низкой частоты, выход которого является вторым входом устройства и соединен с вхо0 дом регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет получения распределения Лапласа, в него введен третий элемент задержки, вход которого подключен к выхо5 ду генератора высокой частоты, а выход соединен с входом второго счетчика импульсов.

Sпин iliininiininiiiiiniiiiii mini

3---I ---П-

г-

i-1Ш1111111111

t

lillillUliilii

1Ш

1Ш

фиг. 2

Изобретение позволяет расширить класс решаемых задач за счет получения распределения Лапласа. Это дает возможность применения изобретения при проектировании и создании стохастических ЭВМ и устройств моделирования и тем самым расширяет область исследования случайных процессов. За случайный интервал времени между двумя запускающими сигналами на выход счетчиков 8 и 9 поступает серия импульсов с выхода высокочастотного генератора 5. В момент поступления очередного запускающего импульса на вход устройства, подсчет импульсов прекращается и код переписывается в регистр сдвига 11. Содержимое регистра сдвигается на один разряд за счет импульсов с низкочастотного генератора 6. Сдвиг прекращается при записи единицы в старшем разряде регистра 11. На входы счетчиков 8 и 9 подается последовательность импульсов, сдвинутых относительно друг друга вновь введенным элементом задержки 7. На выходах устройства формируются импульсы со случайной длительностью. 2 ил. со С