Датчик случайных кодов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

(5) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ КОДОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при математическом моделировании сетей связи, систем управления в системах формирования ключевых кодов, устройствах формирования специальных сигналов, в составе автоматиаироеаинмх систем управления. I указанных областях возникает не обходимоеть формирования всех возмож ных случайных кодов, содержащих m по зиций, на ровно п из которых располагаются 4, а на остальных т-п в практике моделирования процессов, представляемых такими кодами, часто встречаются случаи, когда недопустимо появление подряд более Пр единиц или более По нулей. К таким процессам относятся, например, известные М-последовательности и другие типы псевдослучайных (последовательностей. Такие коды моделируют ис точник некоторых средств с ограничен ными возможностями непрерывного их формирования.. Известен датчик случайных кодов, обеспечивающий получение последовательности кодов, содержащих m позиций, на п из которых располагаются единицы путем преобразования двоичного кода в циклический с постоянным числом п единиц из т. Случайные коды, содержа(цие m позиций, на п из которых находятся единицы, могут быть получены, если на вход этого устройства подключить датчик случайных равновероятных кодов ГП. Недостатком датчика является невысокое быстродействие и невозможность формирования кодов с ограниченным числом встречающихся подряд единиц. Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик случайных кодов с повышенным быстродействием, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход котороГО соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый и второй вычитатели, первый и второй сумматоры, делитель, компаратор, элемент И-НЕ, блок сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответ ственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход ключа соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом делителя, а выход блока сравнения соединен с пеовым входом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с первым входом сумматора, первый выход которого через компаратор соединен с первым вхо дом первого сумматора и с вторым вхо дом второго сумматора, второй выход которого через второй вычислитель соединен с вторым входом делителя, первый вход которого через Первый вычитатель соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, являющимся первым выходом датчика, выход компаратора является вторым выходом датчика. Датчик позволяет формировать всевозможные случайные т-позиционные коды с постоянным числом п единиц Однако данный датчик не позволяет формировать коды с дополнительным заданным свойством формирования кодов с ограниченным числом следующих подряд единиц. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика благодаря обеспечению формирования всевозможных случайных кодов, содердащих ровно п единиц и не содержащих подряд более заданного числа единиц путем введения дополнительной отрицательной обратной связи по числу непрерывно следующих единиц, определяющей условну19 вероятность их появления. . Для достижения поставленной цели в датчик случайных кодов, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый и второй вычитатели, первый и второй суммагоры, первый делитель, компаратор, элемент И-НЕ„ первый блок сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход ключа соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого делителя, первый вход которого через первый вычитатель соединен с выходом первого сумматора, а второй вход первого делителя через второй вычитатель соединен с первым выходом второго сумматора, второй выход которого через компаратор соединен с первым входом первого сумматора и с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, введены второй блок сравнения, элемент ИЛИ, третий сумматор, второй делитель и умножитель, первый вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй вход умножителя соединен с выходом первого делителя, а выход умножителя соединен с первым входом второго блока сравнения , второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход второго блока сравнения соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход элемента ИЛИ соединен с входом сброса третьего сумматора чи с вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с счетным входом третьего сумматора и является информационным выходом датчика, выход компаратора является синхронизирующим выходом датчика. На чертеже приведена блок-схема датчика случайных кодов. Датчик содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора 2 равномерно распределенных случайных напряжений, первый блок 3 сравнения, первый сумматор Ц, выход которого через первый вычитатель 5 соединен с первым входом первого делителя 6, выход которого соединен с первым входом первого блока 3 сравнения, второй сумматор 7, второй выход которого через второй вычитатель 8 соединен с вторым входом первого делителя 6, а первый выход второго сумматора 7 через компаратор. 9 соединен со своим вторым входом и с первым входом первого сумматора , первый выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с первым входом ключа 10 и вторым входом элемента И-НЕ 11, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора k, второй блок 12 сравнения, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 13 тре тий сумматор 1, выход которого через второй делитель 15 соединен с первым входом укножйтеля 16, второй вход которого соединен с выходом пер вого делителя 6, а выход умножителя 16 соединен с первым входом второго блока 12 сравнения, выход элемента И-НЕ 11 соединен с вторым входом тре тьего сумматора l, выход первого блока 3 сравнения соединен с пеовым Входом элемента ИЛИ 13, выход которого соединен с первыми входами элемента И-НЕ 11 и третьего сумматора 1, второй выход генератора 1 соединен с первым входом второго сумматора 7. Выход генератора 2 соединен с вторым входом ключа 10, выход которо ГО соединен с вторыми входами .первог блока 3 сравнения и второго блока 12 сравнения. Датчик работает следующим образом .8 исходном состоянии в вычиtaтeлe 5 в качестве уменьшаемого устанавливается число п, соответствующее общему числу единиц в результирующих случайных т-позиционных кодах, в вычитателе 8 - число т, соответствующее числу позиций результирующего кода, в делителе 15 в качестве делителя устанавливается число пр, соответствующее разрешенному числу следующих подряд единиц. В компараторе 9 устанавливается число т. маторы , 7 и И сброшены в О В таком исходном состоянии на делителе 6 формируется напряжение &, пропорциональное , которое подается на первый вход блока 3- Это напряжение составляет -ю часть от напря жения запирания, соответствующего , при котором через блок 3 не могут проходить никакие сигналы с генератора 2. Величина является вероятностью появления единицы на первой позиции результирующего кода. 76 В блоке 12 сравнения пороговым напряжением является величина , гд-е Tfz- П(х количество реализовавшихся подряд единиц ; пр - максимально разрешенное количество следующих подряд единиц. Через блок 12 могут проходить с генератора 2 только сигналы с амплитудой . В исходном состоянии, вследствие равенства П(0, величина , и через блок 12 не могут проходить никакие сигналы с генератора 2 (равенство .является условием запирання блока 12). При поступлении каждого тактового импульса с генератора 1 тактовых импульсов на ключ 10 последний открывается и пропускает с генератора 2 сигнал со случайной амплитудой U, распределенной равновероятностно на интервале 0-1. Этот сигнал с выхода ключа 10 подается на вторые входы блоков 12 и 3 сравнения. При превышении установленного порогового напряжения q, подаваемого на первый вход блока 3 с выхода делителя 6 (т.е. при U)c) , сигнал с выхода блока 3 поступает на первый вход элемента ИЛИ 13- На.второй вход элемента-ИЛИ 1.3 поступает сигнал с блока 12 в случае, если . На выходе элемента ИЛИ 13 образуются единицы, если хотя бы на один из входов поступают сигналы с блоков 3 и 12, и нули, - если сигналы не поступают ни на первый, ни на второй его входы. С выхода элемента ИЛИ 13 сигнал поступает на первый вход элемента И-НЕ 11 , .который выполняет роль блока формирования нормированных импульсов. Элемент И-НЕ 11 формирует ноль, если одновременно с тактовым импульсом, поступающим на второй вход элемента И-НЕ 11 с генератора 1 тактовых импульсов, на первым вход этого элемента поступает единица с выхода элемента ИЛИ 13, и единицу если с элемента ИЛИ 13, поступает ноль. Единицы и нули на выходе эле-. мента И-НЕ 11 образуют требуемую случайную последовательность (код). Дополнительным условием, ограничивающим количество следующих подряд единиц является равенство , при котором , и на выходе элемента ИЛИ 13 однозначно появляются едитак как на один из входов элемента ИЛИ 13 однозначно поступает сигнал или с блока 3 при , или с блока 13 при . Единица на выходе элемента ИЛИ 13 является сигн лом сброса сумматора 1. Таким образом, условная вероятность Р появления единицы на выходе датчика пропорциональна разности c,((1-f)c.(1-nf). Импульсы с выхода элемента И-НЕ 11 одновременно подаются на второй вход сумматора 4, в котором формируется суммарный сиг..ал п, являющийся суммой сформированных в данном коде единиц, и на второй вход сумматора I, в котором формируется сигнал П;, являющийся СуММОЙ СЛвДУЮЩИХ подряд единиц, с выхода сумматора Ц сигнал п подается на вход вычитателя 5 который формирует напряжение, пропорциональное (п-п,) констан ты п и суммы реализовавшихся единиц п. Импульсы с выхода генератора 1 тактовых подаются также на 1зход сумматора 7 в Котором формируется сумма тактовых импульсов N. С первого выхода сумматора 7 сигнал поступает на вход вычитателя 8, который формирует напряжение, пропорциональное разности (m-Nf) константы m и суммы тактовых импульсов N. Выходные сиг-г налы с вычитателей 5 и 8 поступают на первый и второй всходы делителя 6, на выходе которого формируется напря жение в, пропорциональное отношению с выхода делителя 6 это напряжение подается на первый вход бло ка 3. С выхода сумматора И сигнал пл подается на вход делителя 15, на выходе которого формируется сигнал f Пропорциональный отношению , и далее этот сигнал подается на первый вход умножителя 16, на второй вход которого подается напряжение Q с выхода делителя б. На выходе умножителя 1б образуется напряжение, пропорциональное произведению af, которое подается на первый вход блока 13С второго выхода сумматора 7 сигнал поступает на компаратор 9, выход которого соединен с входами сброса н ноль сумматоров 4 и 7 и с входом синхронизации результирующих кодов. В случае осуществления равенства компаратор 9 формирует сигнал окончания очередного выходного кода. Этим сигналом сбрасываются в ноль сумматоры 4 и 7 и синхронизируются результирующие коды на выходе датчика. Таким образом, символы выходных последовательностей (кодов) - единицы и нули формируются с тактовой частотой генератора 1 тактовых импульсов, а выходные (результирующие) коды - с периодом, равным m тактам, причем в результирующих кодах обеспечивается дополнительное условие расположения подряд не более Пр единиц. Длину случайных выходных кодов, количество единиц в них и максимально возможное количество следующих подряд единиц можно изменять путем изменения констант т, пи Пр, соответственно. В датчике возможно использование цифровых генераторов случайных чисел, равновероятностных в интервале О-1, в качестве блока 2. Тогда соответственно, блоки 3.5 6,8, 15 16 и 12 фО(ируют цифровые выходные сигналы. Предлагаемый датчик случайных кодов обладает большими функциональными возможностями по сравнению с известным и, следовательно, может более широко использоваться в составе моделирующих комплексов, систем управления и контрольно-испытательной аппаратуры. формула изобретения Датчик случайных кодов, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений; пер@1 й и вторей вычмтатели, пврщый и егерей сумматоры, первый делитель, компаратор, элемент И-НЕ, первый блок сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход ключа соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого делителя, первый вход которого через первый вычитатель соединен с выходом первого сумматора, а второй вхоД