Генератор равномерно распределенныхСлучАйНыХ иНТЕРВАлОВ ВРЕМЕНи Советский патент 1981 года по МПК G06F1/02 G07C15/00 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для построения стохастических спецвычислителей и моделирующих устройств, используемых в частности, для-моделирования надежности радиоэлектронной аппаратуры.

Известен генератор случайных импульсов, состоящий из последовательно соединенных первичного источника шума, видеоусилителя и спускового устройства, а также генератора тактовых импульсов и ключа,вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с одним из входов спускового устройства, другой вход которого соединен с шиной питания 13.

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет получать импульсы со случайной равновероятной длительностью.

Известно также устройство для формирования равновероятных временных интервалов, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор пуассоновского потока импульсов, элемент-И, триггер и блок управления, один вход которого соединен с выходом элемента И, а другой - с выхойом генератора пуассоновского потока импульсов. Выход блока управления соединен со входом генератора тактовых импульсов, выходом соединенного с Первыми входамитриггера и элемента И. Второй вход элемента соединен с выходом триггера, являющимся выходом всего устройства. Импульсы опроса подаются на второй

10 вход триггера, являющегося входом, устройства Г21.

Недостатком устройства является нерегулярность выдачи импульсов случайной длительности на выходе

15 устройства при регулярной последовательности импульсов опроса.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор равномерно распределенных

20 случайных интервалов времени,содержащий два генератора тактовых импульсов , генератор пуассоновского потока импульсов, два триггера,два элемента И, элемент ИЛИ и блок управ25ления, один вход которого соединен с выходом элемента И, а другой - с выходом генератора пуассоновского потока импульсов. Вход блока управления .соединен со входом первого

30 генератора тактовых импульсов, выход которого соединен со вторьом входом элемента ИЛИ. Другой вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, а выход - с первыми входами первого элемента И и первого триггера, второй вход которого соединен с входом всего устройства. Второ вход первого элемента И соединен с выходом первого триггера, являющимся выходом всего устройства. Выход генератора пуассоновского потока импульсов соединен также с входом второго генератора тактовых импульсов и первым входом второго триггера, второй вход которого соединен со входом всего устройства. Выход второго генератора тактовых импульсов соединен с вторым ВХОД9М второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго триггера з .

Недостатком устройства является то, что оно позволяет получать импульсы, случайная равновероятная длительности) которых может принимать значения только в пределах периода импульсов опроса, но не позволяет получать непрерывный поток случайных импульсов с равновероятным распределением интервалов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет получения непрерывного потока случайных импульсов с равновероятным распределением интервалов .

Для достижения поставленной цели в известный генератор равномерно распределенных случайных интервалов времени, содержащий первый и второй триггеры, первый и второй элементы И первый элемент ИЛИ, генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со входом Старт первого блока управления, выход которого соединен со входом первого генератора тактовых импульсов, второ генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, а выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, введены третий генератор тактовых импульсов, второй блок управления, третий и четвертый триггеры,третий,четвертый,пятый,шестой и седьмой элементы И,второй и тртий элементы VflH и первый, второй и третий элементы задержк1.Вход Старт второго блока управления соединен с выходом генератора пуассоновского потока импульсов, а выход второго блока управления соединен со входом второго генератора тактовых импульсов, .Выход первого генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента И. Первый вход первого элемента И соединен со входо Стоп второго блока управления, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и через первый элемент задержки со входом первого триггера, нулевой выход которого соединен со входом Стоп первого блока управления и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого генератора тактовых импульсов. Выход второго элемента И соединен .со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора. Выход третего генератора тактовых импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, с третьим входом первого элемент ИЛИ и через второй элемент задержки со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с единичным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, а нулевой выход четвертого триггера соединен с первым входом шестого элемента И. Выход генератора пуассоновского потока импульсов соединен со вторьом входом шестого и с первым входом седьмого элементов И, выход которого соединен с единичным входо второго триггера, выход которого соединен со вторым входом четвертог элемента И, выход которого соединен с нулевым входом четвертого триггер с первым входом третьего элемента ИЛИ и через третий элемент задержки с нулевым входом второго триггера. Второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом шестого элемента И, а, выход - с нулевым входом третьего триггера, выход которого соедин со вторым входом пятого элемента И. Единичный выход четвертого триггера соединен со вторым входом седьмого элемента И.

Кроме того, каждый блок управления содержит ключ, элемент И, первы и второй триггеры, элемент ИЛИ, элемент НЕ и элемент задержки, вход которого объединен с первым входом элемента И, с нулевым входом второг триггера и является входом Старт блока, вход Стоп которого соедине с первым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ с единичным входами триггеров. Выход элемента задержки соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход ключа является выходом блока.

Сущность изобретения основана на том, что плотность распределения вероятностей длительности интервала между импульсом периодической последовательности (или импульсом опроса) и пуассоновским импульсом, при условии попадания в этот периодический интервал только одного пуассоновского импульса равномерна, а также на том, что выходной импульс одновременно является и импульсом опроса.

Для этого используются три генератора тактовых импульса, два из которых работают в старт-стопном рех(име, а третий - автоколебательном независимо от двух первых.Все три генератора имеют одинаковую частоту повторения импульсов. При этом два первых генератора запускаются импульсами пуассоновского потока в случайные моменты времени. Спустя один период собственной частоты следования импульсов после запуска каждый из них подключается к выходу устройства; выдавая импульс. Этим же выходным, но задержанным импульсом осуществляется срыз генерации того тактового генератора, который выдал импульс на выход устройства. Если же за случайный промежуток времени между последним и предпоследним импульсами на выходе устройства импульс пуассоновского поток не вырабатывается, то ни один из первых двух генераторов тактовых импульсов не будет запущен, что приведет к срыву генерации всего устройства.

Для предотвращения этого в таких случаях к выходу устройства подключается третий генератор тактовых импульсов. Его импульсь, так же как и импульсы двух первых тактовых генераторов, будут смешены относительно любого выходного импульса на случайный равновероятный интервал времени

Как только импульс пуассоновского потока появится, он запускает-один из двух тактовых генераторов, работающих в старт-стопном режиме, но на выход устройства пройдет еще один импульс с третьего генератора, а затем импульс с этого запуи;енного генератора.

На фиг.1 приведена структурная схема генератора, на фиг.2 - временные диаграммы в соответствующих точках; поясняющие принцип его работы; на фиг. 3 - вариант схемы блоков управления.

Генератор содержит генератор пуассоновского потока импульсов 1, генератор тактовых импульсов 2, блоки управления 3 и 4, генератор тактовых импульсов 5, элементы И j и 7, элемент ИЛИ 8, элемент задержки 9, триггер 10, генератор тактовых импульсов 11, элемент И 12, триггер 13

элемент И 14, элемент ИЛИ 15, эламент И 16, триггер 17, элемент И 18, элемент задержки 19, элемент И 20, триггер 21, элемент задержки 22 и элемент ИЛИ 23.

Блок управления содержит элемент ИЛИ 24, элемент НЕ 25, триггеры 26,27, элемент И 28, ключ 29 и элемент задержки 30. .

Выход генератора 1 соединен со входом Старт блоков управления 3

o и 4, а также со вторим входом элемента И 20 и первым входом элемента И 14. Выходы блоков управления 3 и

4соединены со входами генераторов 2 и 5 соответственно. Выход тора 2 соединен с первым вход элемента И 6, второй вход которого соединен с одним из выходов счетного триггера 10и входом Стоп блока управления 3. Выход генератора

0

5соединен со вторым.входом элемента И 7 , первый вход которого соединен с одним из выходов триггера 10 и входом Стоп блока управления 4. Выходы элементов И 6 и 7 соединены со входами элемента ИЛИ 8, который

5 через элемент задержки 9 соединен со входом триггера 10, с первым входом элемента ИЛИ 23 и является также выходом всего устройства. Выход генератора 11 соединен с

0 первым входом элемента И 12, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 8, с первым входом элемента И 18 и через элемент ИЛИ 23 со входом 5-триггера 13 и со

5 вторым входом элемента И 16, первый вход которого соединен с выходом триггера 13, а выход - со входом

S триггера 17. Один из выходов триггера 17 соединен со вторым вхо0дом элемента И 12 и с первым входом элемента И 20, .а другой - со вторым входом элемента И 14. Выход элемента И 14 соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, выход которого соединен со входом R-триг5гера 13. Выход элемента И 20 соеди нен со входом S-триггера 21, выход которого соединен со вторым входом элемента И 18. Выход элемента И 18 соединен со вторым входом элемента

0 ИЛИ 15, со входом Кгтриггера 17 и через элемент задержки 19 со входом R-триггера 21.

Вход элемента задержки 30 соединен с первым входом элемента И 28

5 и входом S-триггера 27 и является входом Старт блока управления. Один вход элемента ИЛИ 27 соединен со входом элемента НЕ 25 и является входом Стоп блока управления.Второй вход элемента ИЛИ 24 соединен

0 с выходом элемента задержки 30. Выход элемента ИЛИ 24 соединен со входом S триггера 26, вход R которого соединен со входом R-триггера 27 и выходом элемента НЕ 25.

5

Нулевой выход триггера 26 соединен со вторым входом, элемента И 28,выход которого соединен с первым входом ключа 29, второй вход которого соединен с единичньлм выходом триггера 27. Третий вход ключа 29 соединен с шиной земля, а его выход является выходом блока управления.

Рассмотрим работу устройства при наиболее важных случаях следования во времени пуассоновских импульсов и импульсов всех тактовых генераторов. После включения питания триггер 10 устанавливается в одно из двух устойчивых состояний, и с его выходов на один из блоков управления 3 или 4 подается единичный потенциал а на другой - нулевой. Предположим, что на вход Стоп блока управления 3 подается нулевой потенциал, а на вход Стоп блока управления 4 - единичный. Триггеры 13, 17 и 21 после включения питания устанавливаются в исходное«состояние , которому соответствует нулевой потенциал на единичных выходах (верхних по чертежу) Если на вход Стоп какого-либо из блоков управления приходит с триггера 10 единичный потенциал, то случайный импульс с генератора 1 не проходит на вход соответствующего генератора тактовых импульсов и не влияет на его работу, если же приходит на вход Стоп нулевой потенциал, то осуществляется срыв генерации соответствующего генератора тактовых импульсов и одновременно подготавливается его запуск очередным случайным импульсом пуассоновского потока. Причем после срыва генерации, генератор тактовых импульсов вновь запускается только один раз первым случайным импульсом. Все последующие импульсы, поступающие на вход блока управления за время наличия на его входе Стоп нулевого потенциала, не влияют на работу соответствующего генератора тактовых импульсов.

Первый импульс пуассоновского потока (диаграмма Л) запускает генератор 2 (диаграмма В), а на генератор 5 не влияет. Позтому импульс с генератора 5 (диаграмма Д) пройдет на выход устройства, так как на одном из входов элемента И 7 присутствует единичный потенциал (диаграмма Е). Импульсы на выходе устройства помечены цифрами (диаграмма G), расположенными ниже порядкового номера импульса и соответствуют номеру того генератора тактовых импульсов , который их выдел на выход устройства.

Первый импульс на выходе устройства перебрасывает триггер 10 и переводит в единичное состояние триггер 13 (диаграмма Н). В соответствии с этим на вход Стоп блока 4 поступит нулевой потенциал, который осуществит срыв генерации генератора 5 и подготовит его к запуску случайны пуассоновским импульсом. На вход Стоп блока 3 и один из входов элемента и 6 поступит единичный потенциал (диаграмма С). Второй импульс пуассоновского потока перебросит триггер 13 в нулевое (исходное) состояние, а второй импульс генератора 2 пройдет на выход устройства, так как элемент И 6 открыт единичным потенциалом. При этом триггер

10перебросился, а триггер 13 вновь перейдет в единичное состояние. Осуществится срыв генерации генератора 2 и, очередной его запуск третьим пуассоновским импульсом, и этим же импульсом триггер

13 устанавливается в нулевое состояние. На выход пройдет третий импульс с генератора 5, произойдет срыв генерации генератора 5 и переброс триггера 13 в единичное состояние . Четвертый импульс генератора 2 пройдет на выход устройства, вновь перебросит триггер 10 и переведет триггер 17 в единичное состояние (диаграмма 1), так как в период третьим и четвертьом выходными импульсами импульс пуассоновского потока не появился, триггер 13 не переходит в нулевое состояние . Единичным потенциалом с единичного выхода триггера 17 откроются элементы И 12 и И. 20, поэтому третий импульс с выхода генератора

11(диаграмма F) пройдет на выход устройства (на диаграмме G 5-й импульс). Так как элемент И 20 открыт единичным потенциалом с триггера 17, то шестом пуассоновский импульс переведет триггер 21 в единичное состояние (диаграмма 3 ) и запустит генератор 5. Поскольку в период времени между 4-м и 5-м выходными импульсами импульс пуассоновского потока также не появился, то очередным (шестым) импульсом на выходе устройства будет импульс с выхода- генератора 11. Единичный потенциал с выхода триггера 21 держит элемент И 18 в открытом состоянии, поэтому 4-й импульс с генератора 11 проходит через элемент И 18 и переводит триггеры 13,17 и 21 в исходное нулевое состояние. Этот

же импульс, задержанный элементом задержки 22, проходит через элемент ИЛИ 23 и опять переводит триггер 13 в единичное состояние. Этим самым подготавливается подключение генератора 11 к йыходу устройства в случае, если за интервал времени между последующим (седьмым) и предьщущим (шестым) выходными импульсамй не появится пуассоновский импуль

Следующим выходным импульсом (седьмым) будет 5-й импульс с выхо

генератора 5, поскольку он бьш запущен б-м пуассоновским импульсом, а элемент и 7 открыт единичным потенциалом с выхода триггера 10 (диаграмма Е). Седьмой выходной импульс перебросит триггер 10 и тем самым осуществит срыв генерации генератора 5. Так как за интервал времени между 6-м и 7-м выходными импульсами не появился импульс пуассоновского потока, то элемент И 16 открыт единичным потенциалом с триггера 13, и 7-й выходной импульс переведет триггер 17 в единичное состояние (диаграмма 3 ). Седьмой пуассоновский импульс запускает генератор 5 и через открытый элемент И 20 переводит триггер 21 в единичное состояние. Так как элемент И 12 открыт единичным потенциалом с триггера 17, то на выход пройдет 5-й импульс с генератора 11 (8-й выходной импульс на диаграмь1е G) . Этот импульс осуществит сброс в исходное состояние триггеров 13,17,21 и пройдя через элемент задержки 22 и элемент ИЛИ 23, вновь переведет триггер 13 в единичное состояние. Девятый, пуассоновский импульс запустит генератор 2 (5-й импульс на диаграмме в) и сбросит в нулевое состояние триггер 13 (диаграмма Н). Девятым импульсом на выходе окажется 7-й импульс с генератора 5 (диаграмма О), и в дальнейшем .процесс генерирования будет продолжаться аналогично процессу, описанному выше.

Оба блока управления 3 и 4 функционируют одинаково. Суть их работы состоит в следующем. Поступающий нул BOii потенциал на вход Стоп инвертируется элементом 25 НЕ и переводит триггеры 26,27 в нулевое состояние. В результате элемент И 28 открывается единичным потенциалом с нулевого выхода триггера 26, а ключ 29 закорачивает вход соответствующего генератора тактовых импульсов на землю и тем самым срывает его колебания. Импульс пуассоновского потока, поступающий на вход Старт, переводит триггер 27 в единичное состояние, в результате чего вход соответствующег генератора тактовых импульсов отключается от шины земля, а пуассоновский импульс через открытый элемент И 28 и ключ 29 проходит на вход генератора тактовых импульсов, запуская его. Этот же, но згщержанный элементом 30 пуассоковский импульс, через элемент ИЛИ 24 переводит триггер 26 в единичное состояние. При этом элемент И 2S закрывается, и все последующие пуассоновские импульсы, поступающие на вход Старт до прихода очередного сигнала на вход Стоп, не проходят на вход соответствующего генератора тактовых импульсов.

в предлагаемом устройстве методическая погрешность генерирования равновероятных временных интервалов сведена к нулю. Кроме того, устройство не содержит многоразрядных цифровых узлов , поэтому, несмотря на кажущуюся сложность функционирования, оно достаточно просто.

Формула изобретения

o

1. Генератор равномерно распределенных случайных интервалов времени, содержащий первый и второй триггеры, первый и второй элементы

5 И, первый элемент ИЛИ, генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со входом Старт первого блока управления, выход которого соединен со входом

0 первого генератора тактовых импульсов, второй генератор тактовых импульсов , выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера,

5 а выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора

0 за счет получения непрерывного потока случайных импульсов с равновероятным распределением интервалов,в него введены третий генератор тактовых импульсов, второй блок управ5ления, третий и четвертый триггеры, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И, второй и третий элементы ИЛИ, первый, второй и третий элементы задержки, причем

0 вход Старт второго блока управления соединен с выходом генератора пуассоновского потока импульсов, а выход - со входом второго генератора тактовых импульсов, выход первого генератора тактовых импульсов соеди5нен с первым входом второго элемента И, первый вход первого элемента И соединен со входом Стоп второго блока управления, выход с первым входом второго элемента ИЛИ и через

0 первый элемент задержки со входом первого триггера, нулевой выход которого соединен со входом Стоп первого блока управления и с первым входом второго элемента И, второй

5 вход которого соединенс выходом первого генератора тактовых импульсов, выход второго элемента И соединен, со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход КОТОЕ50ГО является выходом генератора, выход третьего

0 генератора тактовых импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, с третьим входом первого элемента

ИЛИ и через второй элемент задержки со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с единичным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен со вторым входом Tpexbeiro элемента И, а нулевой выход четвертого триггера соединен с первым входом шестого элемента И, выход генератора пуассоновского.потока импульсов соединен со вторым входом шестого и первым входом седьмого элементов И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, выход которог соединен со вторым входом четвертог элемента И, выход которого соединен с нулевым входом четвертого триггера, с первым входом третьего элемента ИЛИ, и через третий элемент задержки с нулевым входом второго триггера, в торой вход .третьего элемента ИЛИ соединен с выходом шестог элемента И, а выход третьего элемента ИЛИ соединен с нулевым входом третьего триггера, выход которого соединен со вторым входом пятого элемента И, единичный выход четвертого триггера соединен со вторым входом седьмого элемента И.

2. Генератор по п.1, о т -л ичающи.йся тем, что каждый блок управления содержит ключ, элемент И, первый и второй триггеры, элемент ИЛИ, элемент НЕ и элемент задержки, вход которого объединен с первым входом элемента И, с нулевым входом второго триггера и является входом - Старт блока, вход Стоп которого соединен, с первым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ соединен с единичным входом триггеров, выход элемента задержки соединен со вторым входом элемента ИЛИ выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход ключа является выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 327590, кл. Н 03 К 5/156, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 463962, кл. G 06 F 1/02, 1973.

3.Авторское свидетельство СССР

по заявке № 2699857, кл. G 06 F 1/0 1978 (прототип).