Генератор псевдослучайных временных интервалов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительнойтехнике, в частности к устройствам формирования псевдослучайных временных интервалов, длительность которых равновероятна.

Известен генератор псевдослучайных временных интервалов, содержащий низкочастотный и высокочастотный генераторы, счетчик импульсов, в который за интервал времени, определяемый периодом следования запускающих сигналов, с высокочастотного генератора поступает серия импульсов, от числа которых зависит случайное значение кода, запоминаемого счетчиком. После поступления запускающего сигнала счетчик подсчитывает сигналы с низкочастотного генератора до ,переполнения, при этом формируется временный интервал, длительность которого пропорциональна обратному коду числа, запоминаемого в счетчике. Упомянутые устройства работают в ждущем режиме - формируют временной интервал случайной длительности с приходом запускающих сигналов tlj.

Недостатком устройства является его сложность.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор случайных временних интервалов, содержащий низкочастоный и высокочастотный генераторы, разрешающий триггер и последовательно соединенные элементы ИЛИ, счетчик импульсов и элемент HJ первый вход которого соединен с выходом переполнения счетчика иглпульсов, второй с единичным выходом разрешающего триггера, а выход соединен с нулевьм вхо10дом разрешающего триггера, вход высокочг стотного генератора соединен с нулевым, а низкочастотного - с единичным выходами разрешающего триггера, при этом выходы обоих генерато15ров соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, а единичный вход разрешающего триггера является запускающим входом устройства 2 J.

Случайный характер длительности

20 формируемых временных интервалов обусловлен случайной величиной задержки в поступлений запускающего сигнала после завершения формирования предыдущего временного интервала. В свя25зи с этим устройству присущи такие недостатки, как необходимость формирования случайного потока запускающих сигналов, что предполагает наличие еще одного генератора случайных

30 временных интервалов помимо рассмат- риваемого, .низкое быстродействие устройства обусловленное тем, что для формирования случайного значения кода, запоминаемого в счетчике, необходима значительная временная задержка между моментом завершения формировайия временного интервала и поступле- . нием очередного запускающего сигнала, гарантирующая равномерный закон распределения згачений запоминаемого кода за счет многократного переполнения счетчика,а также невозможность работы генератора лри постоянной частоте следования запускающих сигналов, так как формирование временных интервалов, длительность которых равновероятна, возможно лишь при определенном соотно шении частот высокочастотного и низкочастотного генераторов, а также генератора запускающих сигналов, каждый из которых обладает определенной нестабильностью частоты (выполнение этого условия связано с необходимость тщательной настройки трех различных генераторов и поддержанием заданного соотношения частот при работе устройства, что требует применения специаль ных мер по стабилизации частоты или введения в состав устройства дополнительных узлов, обеспечивающих автоматическую подстройку частоты генераторов) , Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и стабилизация параметров закона распределения слу,чайных значений длительности временны интервалов. . Поставленная цель достигается тем, что генератор псевдослучайных временных интервалов, содержащий генератор импульсов, первый триггер, элемент .ИЛИ, выход которого соединен с ВХОДОМ счетчика, введены элементы И, делител частоты, блок индикации и второй триг гер, единичный выход которого соедине с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выхо ду генератора импульсов, а выход первого элемента И через первый и второй делители частоты соединен с нулевым входом второго триггера, нулевой выход, которого соединен со входом блока индикации и с первшл входом второго элемента И, второй вход которого яв ляется входом Пуск генератора, а вы Х9Д второго элемента И соединен с еди нйчньпми входами первого и второго триггеров, выход первого делителя час тоты соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с йторым входом элемента ИЛИ, выход счетчика соединен с нулевом входом первого триггера, единичный выход которого является выходом генератора и соединен с вторым входом третьего элемента И, а нулевой выход первого триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И. В предлагаемом устройстве для формирования высокочастотных,низкочастотцых и запускающих сигналов используется один высокочастотный генератор частота следования сигналов которого делится на постоянные коэффициенты, обеспечивающие требуемое соотношение частот всех трех последовательностей, а запуск устройства производится по признаку его готовности к формированию очередного временного интервала. Необходимость в формировании случайного потока запускающих сигналов отпадает, так как запоминание случайного значения кода в счетчике обеспечивается введением в состав устройства пускового триггера, схемы индикации готовности и делителей частоты. Так как при этом величина задержки в поступлении запускающего сигнала не влияет на длительность формируемого временного интервала, то быстродействие устройства может быть повышено путем уменьшения этой задержки. Максимальное быс1;родействие устройства обеспечивается при использовании в качестве запускающего сигнала признака готовности, формируемого схемой индикации готовности. При этом частота следования случайных временных интервалов составляет РВИ Fg /MlvM2, где F - частота высокочастотного генератора; Ml, М2 - коэффициенты деления первого и второго делителей частоты .соответственно. Исключение влияния задержки в поступлении запускающих сигналов на работу устройства позволяет формировать случайные временные интервалы как при постоянной, так и при изменяющейся частоте следования запускающих сигналов - |j,npH условии РЗС РВИ Формирование трех потоков сигналов от одного генератора решает проблему поддержания заданного соотношения частот следования сигналов и позволяет упростить управление устройством изменение верхней границы диапазона длительностей, формируемых временных интервалов осуществляется перестройкой частоты одного лишь высокочастотного генератора. На фиг. 1 представлена функциональная схема генератора псевдослучайных временных интервалов; на фиг. 2 временные диаграммы его работы. Устройство содержит последователь |но соединенные генератор 1 импульсов первый элемент И 2, первый 3 и второй 4 делители частоты, триггер 5 и блок б индикации, а также последовательно соединенные второй элемент И 7, триггер 8, третий элемент И 9, элемент ИЛИ 10 и счетчик 11 импульсов, кроме того, четвертый элемент И 12, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И 2, вто рой - с нулевым выходом триггера 8, а выход - со вторым входом элемента ИЛИ 10.. Второй вход первого элемента И 2 соединен с единичным выходом триггера 5. Второй вход второго элемента И 7 является запускающим входом генератора, а выход соединен с единичным входом триггера 5. Второй вход -третьего элемента И 9 соединен с выходом первого делителя 3 частоты Выход счетчика 11 соединен с нулевым входом триггера 8. Выходом генератора является единичный выход триггера Коэффициенты деления первого 3 и второго 4 делителей частоты соответственно равны Ml и М2. Счетчик 11 двоичный, разрядный. Генератор работает следующим обра зом. При поступлении запускающего сигнала (фи:. 2, эпюра а) триггеры 5 и 8 устанавливаются в единичное состояни (эпюры J и -б соответственно) . В счет чике 11 импульсов в момент запуска записан код К, значение которого слу чайно и находится в диапазоне от К О до К . На вход счетчика 11 поступают импульсы с делителя 3 частоты через элементы И 9 и ИЛИ 10 (эпюра 2.) . Частота следования этих импульсов, в Ml раз ниже частоты Fgp . Счетчик 11 подсчитывает импульсы до момента переполнения, после чего триггер 8 устанавливается в нулевое состояние и на вход счетчика 11 поступают импульсы с высокочастотного генератора 1 через элементы VI 2 к 12 и ИЛИ 10 (эпюра д ), Длительность временного интервала, в течение которого триггер 8 находится в единичном состоянии (эпюра В составляет г0и к. Ml/Fpr Триггер 5 устанавливается в нулевое состояние после того как через элемент И 2 с момента запуска пройдет М1хМ2 импульсов, при этом включается блок б индикации. С этого момента прекращается поступление импуль сов с высокочастотного генератора 1 через элемент И 2, в счетчике 11 запоминается случайное значение кода К генератор готов к.формированию следу ющего временного интервала. Райновероятные значения интервал Сей обеспечиваются выбором значений коээффициентов деления Ml и М2, удовлетворяющих следующим условиям Ml 2 + N1 М2 2 + N2, где N - любое целое нечетное положительное число, а N2 3.. Отыскивание пар значений N1 и N2, удовлетворяющих условию формирования значений кодов К в виде псевдослучайеых последовательностей максимальной, длины (от К О до К- 2 - 1), проводится на математической модели устройства, реализованной на ЭВМ ЕС-1022. Моделируется работа устройства для постоянных начальных значений кода К KQ, причем фиксируются только те пары значений величин N1 и N2, при которых значение кода К К, формируются устройством после имитации 2 последовательных запусков. Отбраковываются пары значений величин N1 и N2, для которых это условие не выполняется, а также в тех случаях, когда одинаковые значения кода К формируются подряд. В результате анализа работы модели выявлено, что знa relшя кодов К в виде последовательностей максимальной длины формируются устройством при К 5, 6, 7, 8 для указанных выше пар значений N1 и N2. Для обеспечения максимального быстродействия устройства це тесоо(; разно из этих пар выбрать значения N1 и N2 по критерию минимума их . Новые элементы, введенные в состав устройства, относительно просто реализуются на современных цифровых интегральных микросхемах. Делители частоты строятся на базе двоичных счетчиков с дешифраторами, обеспечивающими заданный коээфицнент деления. Схема индикации готовности при форми ровании запускающих сигналов оператором выполняется, например в виде индикационной лампы, а при автоматическом запуске реализуется по любой известной схеме генератора одиночных импульсрв, Макет устройства изготовлен на микросхемах серии 155 и успешно прошел опытную проверку.в лабораторных условиях. При разрядности счетчика К 7, частота Ffji- 5 МГц и значении величин N1 3, N2 1 устройство позволяет формировать псевдослучайные временные интервалы с частотой следования запускающих сигналов F j 295,8Гц. Значения длительностей временных интервалов составляет К-2б,2 МКС и равномерно распределены от о до 3,3 мс. Результаты опытной проверки предлагаемого устройства подтвердили следующие его преимущества по сравнению с известным, а именно более высокую стабильность параметров закона распределения случайных значений длительности временных интервалов, формируемых устройством (закон распределения длительностей равномерный параметры закона не зависят от времени прихода запускающих сигналов после срабатывания схемы индикации готовности устройства и повторному запуску), кроме того, более высокое быстродействие (максимально достижимое для устройств данного класса) за «чет использования признака готовнос ти в качестве запускающего сигнала, а также упрощение управления устройством и его настройки за счет измене ния верхней границы диапазона значеНИИ длительностей временных интервал путем перестройки частоты высокочастотного генератора. Формула изобретения Генератор псевдослучайных временных интервалов, содержащий генератор импульсов, первый триггер,-элемент или, выход которого соединен с входом счетчика, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит элементы И, делители частоты, блок индикации и второй триггер, единичный выход ко торого соединен с первым входом первого элемента И, второй, вход которого подключен к. выходу генератора импульсов, а выход первого элемента И через первый и второй делители частоты соединен с нулевым входом второго триггера, нулевой выход которого соединен с входом блока индикации и с первьам входом второго элемента И, второй вход которого является входом Пуск генератора, а выход второго элемента И соединен с единичными входами первого и второго триггеров, выход первого делителя частоты соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ выход счетчика соединен с нулевым входом первого триггера, едкякчнъаК выход которого является выходом генератора и соединен с BToptii входом третьего элементаИ, а нулевой выход первого триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №718840, кл. G Об F 7/58, 1978. 2.Патент США 3521171, кл. 328-129, 1970 (прототип).

я

п

L

J

III11

IliLi

Ж

.i

JU

-t t

ill

t

t