Генератор равномерно распределенных случайных величин Советский патент 1981 года по МПК G06F7/58 

(54) ГЕНЕРАТОР РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в генераторах шума, предназначенных для проведения исследований шумов электрических сигналов в низкочастотном диапазоне.

Известен генератор равновероятно распределенных случайных величин, содержащий генератор шума с нормальным законом распределения, пороговый элемент, блок памяти, сумматор, первый и второй элементы И и линейный преобразователь. Работа генератора, осуществляется путем функционального преобразования нормального шума 1.

Однако известный генератор не обеспечивает достаточной точности приближения к равновероятному закону распределения случайных величин.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор случайного процесса, содержащий генератор бинарного шума, реверсивный счетчик, выходной усилитель, триггер, вход которого соединен с выходом генератора бинарного myfia, генератор тактовых импульсов, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с выходами триггера соответственно, а СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН

вторые с выходом генератора тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с выходным усилителем, а вход - с первым выходом реверсивного счетчика, две цепочки, каждая из которых состоит из дешифратора, элемента задержки, элемента И, элемента Запрет и элемента ИЛИ. Вход каждого

10 дешифратора соединен со вторым и третьим выходами реверсивного счетчика соответственна, а выход через элемент задержки - с первыми входами соответствующих элементов За15прет и И, выходы которых через элементы ИЛИ соединены со входами реверсивного счетчика. Вторые входы элементов И соединены с выходом генератора тактовых импульсов, вторые входы элементов Запрет - с выхо20дами первого и второго элементов И соответственно.

Известное устройство работает следующим образом.

При поступлении на суммирующий или

25 вычитающий вход реверсивного счетчи-; ка тактовых импульсов с вероятностью 1/2 в последнем реализуется процесс симметричных случайных блуждений по 30 множеству его состояний. Эти состояния преобразуются с помощью цифроаналогового преобразователя в напряжение ступенчатой формы, имеющее равномерное распределение вероятностей мгновенных значений. Для исключения переходов реверсивного счетчика из крайних состояний в нулевое, в эти крайние состояния поставлены две цепочки, состоящие из дешифратора элементов И, Запрета и ИЛИ, одна цепочка обеспечивает переход счетчика из N-ro состояния в (N-l)-e, а другая из {-N)-ro состояния в (-N+i)с вероятностью единица 2 .

Недостатками известного генератора являются его сложность и то, что вероятность крайних значений получается больше чем остальных.

Цель Изобретения -. увеличение точности приближения генерируемого .процесса к равновероятному закону распределения случайных величин и упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в генератор равномерно распределенных случайных величин, содержащий реверсивный счетчик, выход которого .соединен с входами первого и второго дещифратора. и входом цифроаналогового преобразователя, выходной усилитель, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, генератор бинарного шума, генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора бинарного шума, а второй выход соединен.с первыми входами перво го и второго элементов И, выходы которых соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика, введены триггер, элементы ИЛИ, НЕ, ИСКЛЮЧАЮЕГ5ЕЕ ИЛИ, выходы дешифраторов через элемент ИЛИ соединены со счетным входом триггера, выход Которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом генератора бинарного шума, а выход соединен со вторым входОтл первого элемента И, и через элемент НЕ - со вторым входом второго элемента И.

На фиг.1 представлен генератор равномерно распределенных случайных величин, структурная схема; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу генератора.

В генераторе первый выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с генератором 2 бинарного шума, а второй выход соединен с первыми входами элементов И 3 и 4, выходы которых соединены со входами реверсивного счетчика 5: один с суммирующим входом, другой с вычитающим. Выход реверсивного счетчика соединен со входом цифроаналогового преобразователя 6 и входами двух дешифраторов. 7 и 8. Выходы дешифра оров соединены со входами элемента ИЛИ 9, выход которого соединен со счетным входом триггера 10. Выход триггера соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, второй вход которого соединен с выходом генератора 2. бинарного шума. Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторыми входами элементов И 3 и 5, причем один из них через элемент НЕ 12. Выход преобразователя б соединен со входом усилителя 13.

Генератор работает следующим образом.

Первый выход генератора 1 тактовых импульсов выдает тактовые импульсы (фиг.2а) для синхронизации работы генератора 2 бинарного шума. Последний может быть генератором случайного бинарного шума или генератором псевдослучайной последовательности максимальной длины с достаточно большой длиной последовательности. Генератор бинарного шума на выходе выдает сигнал (фиг.2 б), имеющий вероятность появления высокого или низкого уровня 1/2. Этот сигнал поступает на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11. Если тем временем- на выходе триггера 10, который соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ есть низкий уровень, то бинарный шум через этот элемент проходит неинвертированный и попадает на входы элементов И 3 и 4, причем один из них через инвертор 12. Таким образом, на первых входах элементов И действует бинарный шум в противофазах и управляет прохождением тактовых импульсов из второго выхода (фиг.2 г) генератора 1 тактовых импульсов через элементы И на входы реверсивного счетчика 5, т.е. тактовые импульсы по случайному закону с вероятностью 1/2 поступают то на суммирующий, то на вычитающий вход. В реверсивном счетчике реализуется процесс симметричных блужданий по множеству его состояний. Эти состояния преобразуются с помощью цифроаналогового преобразователя б в напряжение ступенчатой форма (фиг.2 д), которое усиливается выходным усилителем 13 до требуемой мощности и поступает на выход устройства. Это напряжение имеет равномерное распределение вероятностей мгновенных значений Если реверсивный счетчик 5 достигает одно из крайних состояний, соответствующий дешифратор 7 или 8 на выход выдает . положительный эффект, т.е. переходит из низкого уровня в высокий , который проходит через элемент ИЛИ 9 и переводит триггер 10 в другое состояние (момент времени t , на фиг.2). Так как уровень на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ меняется, меняется и полярность бинарного шума на выходе этого элемента (момент времени на фиг,2в), а также меняется направление счета реверсивного счет чика. Таким образом получается от ражение направления счета реверсив ного счетчика. Соотношение частот следования тактовых импульсов, по ступающих на реверсный счетчик и генератор бинарного шума, должно быть где f. - частота следования импуль- сов, поступающих на генера тор бинарного шума; f - частота следования импуль сов, поступающих на ревер сивный счетчик. От этого соотношения зависит спектр сигнала и автокорреляционная характеристика, но при всех случаях распределение мгновенных амплитуд имеет равномерный закон. Таким образом, положительный эффект достигается за счет введения схему элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с п мощью которого удалось получить эффективное отражение от крайних состояний и.одновременно упростить схе му. Формула изобретения Генератор равномерно распределен ных случайных величин, содержащий р версивный счетчик, выход которого соединен со входами первого и второго дешифраторов и входом цифроаналогового преобразователя, выходной усилитель, вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, генератор бинарного шума, генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен со входом генератора бинарного шума, а второй выход - с первыми входами первого и второго элементов И,, выходы которых соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности генератора, он содер-жит элемент ИЛИ, триггер, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент НЕ, выходы дешифраторов через элемент ИЛИ соединены со счетным входом триггера, выход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом генератора бинарного шума, а выход соединен со вторым входом первого элемента.И, и через элемент НЕ - со вторым входом второго элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР .430400, кл. G Об F 1/02, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР № 524199, кл. G 06 G 7/52,1976 (прототип) .

ВшоЗ

// tl I I I I I I H

йЛ

П I I I I I I I I

Ui.