Датчик случайных равновероятных временных интервалов

 

ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ РАВНОВЕРОЯТНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, первый триггер,, два генератора-импульсов, выхода которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выходил последних соединены соответственно с первьм ,и вторым ехода:ми элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, нулевой вход которого является входом датчика, а нулевой выход в торого триггераявляется выходом датчика, отличающий с я тем, что, с целью повым ения его точности, введены третий. четвертый, пятый к шестой элементы И, два счетчика и элемент задержки, выход которого соединен с установочными входами первого и второго счетчиков, счетные входы которых объединены соответственно с входами первого и второго генераторов импульсов и подключены соответственно к выходам третьего и четвертого элементов И, первые входы которых объединены между собой и подключены к выходу генератора пуассоновского потока импульсов, вход датчика подключен к входу элемента задержки и к первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к прякг м выходам первых разрядов первого и (Л второго счетчиков, инверсные выходы вторых разрядов которых соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых подключены соответственно к нулевому и единичному выходам перво1 о триггера, нулевой и единичный входы последнего подключены соответственно к выходам :о о :о пятого и шестого элементов И, единичный и нулевой выходы первого триггера подключены соответственно к BTojMJM входам первого и второго элементов И. 4

Ос9 (Ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И

РЕСПУБЛИН

3аН:.а 0.6 Р 7 58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОО ДМРОТаЕННЫЙ НОМИТЕТ СОО

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ (21). 3412114/18-24 (22) 19..03.82

{46) 07.08.83. Бюл. у 29 (72) В.М. Глушань, Б.Я. Буянов, М.Е. Бородянский и Л.И. Цербаков .(71) Таганрогский радиотехнический . институт им. В.Д. Калмыкова .(53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 327590, кл. С 06 F 7/58, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 514424, кл. G, 06 F 7/58,. 1973.

3. Авторское свидетельство СССР, В 794627, кл. С 06 F 7/58, 1979 (прототип). (.54)(57) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ РАВНОВЕРОЯТНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержаыий генератор пуассоновского потока импульсов, первий триггер,.два генератора импульсов, выходы которых соединены с первыми входами соот«етственно первого и второго элемен-. тов И, выходы последних соединены соответственно с первым,и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, нулевой вход которого я«ляется входом датчика, а нулевой

«ыкод второго триггера является

«ыходом датчика, о т л и ч а ющ.и и с я тем, что, с целью повышения его точности, введены третий, четвертый, пятый и шестой элементы

И, два счетчика и элемент задержки, выход которого. соединен с установочными входами первого и второго счетчиков, счетные входы которых объединены соответственно с входами первого и второго генераторов импульсов и подключены соответственно к выходам третьего и четвертого элементов И, первые входы которых объединены между собой и подключены к выходу генератора пуассоновского потока импульсов, вход датчика подключен к входу элемента задержки и к первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к пряьым Я выходам первых разрядов первого и второго счетчиков, инверсные выходь вторых разрядов которых соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых подключены соответственно к нулевому и единично му выходам первого триггера, нулевой и единичный входы посхеднего подключены .соответственно к выходам пятого и шестого элементов И, единичный и нулевой .выходы первого триггера подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов И.

1034034

65

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения стохастических спецвычислителей и моделирующих устройств.

Известен генератор случайных импульсов„ содержащий последовательно соединенные источник шума, видеоусилитель и спусковое устройство, а также генератор тактовых импульсов, и ключ, входом соединенный с выходом генератора тактовых импульсов, а выходом — с одним из входов спускового устройства, другой вход которого соединен с шиной питания 1).

Однако это устройство не позволяет получать импульсы со случайной равновероятной длительностью.

Известен также генератор случайных сигналов, содержащий последовательно соединенные генератор шума, суммирующий усилитель, пороговое устройство и одновибратор, выходом соединенный с первым входом триггера и через инвертор — с первым входом элемента И, выходом соединенного с вторым входом триггера, Ьторой вход элемента И соединен с одним из входов суммирующего усилителя и входом генератора тактовых импульсов f2 ).

Основным недостатком данного устройства является то, что получать с его помощью импульсы со случайной равновероятной длительностью возможно только со значительной методической .погрешностью.

Наиболее .близким по технической сущности к предлагаемому является датчик случайных равновероятных временных интервалов, содержащий два генератора тактовых импульсов, генератор пуассоновского потока импульса, два триггера, два элемента И, элемент ИЛИ и блок синхронизации, один вход которого соединен с выхо« дом элемента И, а второй - с выходом генератора пуассоновского потока импульсов, причем выход блока синхронизации соединен со входом первого генератора тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента HJIH, другой вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, а выход этого элемента ИЛИ соединен с первыми вХодами первого элемента И и первого триггера, второй вход которого соединен с входом всего устройства, второй вход первого элемента И соединен с выходом первого триггера, выход генератора пуассоновского потока импульсов соединен с входом второго генератора тактовых импульсов и первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с входом всего устройства. Выход второго генератора тактовых импульсов соединен с вторыми входами второг лемента И, первый вход которого соеди» нен с выходом второго триггера P3).

Недостаток известного устройства — наличйе существенной методичес5 кой ошибки воспроизведения равномерного закона распределения длительности генерируемых импульсов. Эта ошибка возникает из-за того, что стартстопный генератор запускается

)0 не только тогда, когда в интервал между импульсами опроса попадает один импульс пуассоновского потока, но и тогда, когда их попадает больше одного. Синхронизированный же гене 5 ратор перезапускается даже каждым пуассоновским импульсом, поэтому результирующее распределение на. выходе устройства будет представлять смесь равномерного и усеченного . экспоненциального распределений.

Цель изобретения - повышение точности воспроизведения равномерного закона распределения случайных длительностей выходных импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик случайных равновероятных временных интервалов, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, первый триггер, два генератора импульсов, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выходы последних соедииены соответственно с первым и вторым вхбдами элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным вхо» дом второго триггера, нулевой вход которого является входом датчика, а нулевой выход второго триггера яв. ляется выходом датчика, введены третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, два счетчика и элемент задержки, выход которого соединен с установочными входами первого и второго счетчиков, счетные входы которых объединены соответственно с входами первого и второго генераторов импульсов и подключены соответственно к выходам третьего и четвертого элементов И, первыЕ входы которых объединены между собой и подключены к выходу генератора пуассоновского потока импульсов, вход датчика подключен к входу элемента задержки и к первым входам пятого и шестого элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к прямым выходам первых разрядов первого и второго счетчиков,.инверсные выходы вторых разрядов которых соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых подключены соответственно к нулевому и единичному выходам первого триггера, нулевой и единич" ный входы последней подключены сорт1034034 ветственно к выходам пятого и шестого элементов И, единичный и нулевой выходы первого триггера подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов И.

На чертеже приведена функциональная схема датчика.

Датчик содержит элементы И 1 и 2, элемент 3 задержки, триггер 4, генератор 5 пуассоновского потока импульсов, элементы И б и 7,, счетчик

1, генераторы 9 и 10 импульсов, счетчик 11, элементы И 12.и 13, элемент

ИЛИ 14, триггер 15.

Датчик работает следующим образом.

После подачи питания запускаются генераторы 5,9 и 10, счетчики 8 и 11, триггеры 4 и 1% устанавливаются в произвольное состояние. Предположим, что на нулевом выходе триггера 4 .единичный потенциал, а на нулевом выходе триггера,15 нулевой потенциал, счетчики & и 11 установились в такое положение, что с нулевых выходов из вторых разрядов на элементы И 6 и 7 с единичных выходов первых разрядов на элементы

И 1 и 2 будут поступать единичные потенциалы (наилучший случай ). Тогда первый импульс опроса установит на нулевом выходе триггера 15 единичный потенциал, т.е. формирует жередний фронт выходного импульса м, пройдя через элемент задержки 3, установит в исходное состояние (нулевое ) счетчики 8 и 11. Поскольку элементы И 1 и 2 закрыты, то импульс опроса не подействует на триггер 4 и он останется в прежнем состоянии. Поэтому единичный потенциал с его нулевого выхода будет поступать на входы элементов И 6 и 13.

При этом элемент И 13 будет открыт для прохождения тактовых импульсов с генератора 10, а элемент И 6 будет открыт для пуассоновских импульcos генератора 5, так как с нулевого выхода второго разряда счетчика ф на третий вход элемента И б после поступления опросного импульса также будет подаваться единичный потенциал.

Тактовый импульс генератора 10, смещенный относительно опросного ца равновероятный интервал, пройдя через открытый элемент И 13 и эле евнт ИЛИ 14, переводит триггер 15 противоположное состояние и тем самым сформирует задний фронт выходного импульса случайной равновероятной длительности.

Так как элемент И б открыт, то до поступления очередного опросного . импульса, на генератор 9 могут поступать пуассоновские импульсы.

Причем, если на него не поступит ни одного импульса или поступит больше одного импульса, то после прихода очередного опросного импульса, который сформирует передний фронт очередного выходного импульса случайной длительности, в формировании

5 заднего фронта будет по-прежнему участвовать генератор 10. Действительно, если, например, за время между двумя опросными импульсами через элемент И 6 не пройдет ни один

30 пуассоновский импульс, то счетчик 8 останется в исходном состоянии и с его единичного выхода первого разряда на элемент И 2 в момент прихода очередного опросного импульса не

15 будет поступать единичный потенциал.

Поэтому триггер очередным опросным импульсом не перебросится, и единичный потенциал по-прежнему будет подаваться с его нулевого выхода на

3 элемент И 13, Если же на время между двумя оп-росными импульсами на выходе генератора 5 появится больше одного пуассоновского импульса, то только первый и. второй из них пройдут на перезапуск генератора 9. A все последующие импульсы, если они появят- ся на выходе генератора 5, уже проходить не будут, так как второй импульс установит на нулевом выходе

ЗО второго разряда счетчика 8 нулевой потенциал, которым закроется элемент И 6. Кроме того, поскольку на перезапуск генератора 9 поступило больше одного пуассоновского импуль35 са, то этот генератор нельзя использовать в последующем такте для формирования заднего фронта выходного импульса. Поэтому с единичного выхода первого разряда счетчика 8

40 на зле лент И 2 будет поступать нулевой потенциал, в результате чего очередной опросный импульс не пройдет через элемент И 2 и не перебросит триггер 4. T.е. по-прежнему

45 к единичному входу триггера 15 через открытый элемент И 13 и элемент

ИЛИ 14 будет подключен генератор 10, как и в случае непоступления ни одного пуассоновского импульса. ПриО чем генератор 10 будет подКлючен к единичному входу триггера 15 до тех пор, пока между предыдущим и последующим опросными импульсамИ .через элемент И 6 не пройдет только один пуассоновский импульс. Тогда

55 в момент прихода последующего опросного импульса элемент И 2 будет открыт и триггер 4 перебросится.

В результате этого откроется элемент

И 12, и к единичному входу триггера

60 15 подключится генератор 9, который теперь будет участвовать в формирОванин заднего фронта выходного импульса до тех пор, пока в промежутке времени между двумя опросными

65 импульсами через элемент И 7 на

1034034

25

35

45 генератор 10 не поступит ровно один импульс пуассоновского потока.

Таким образом, предлагаемое устройство вырабатывает импульсы плот-. ность вероятностей длительностей которых методически точно описывается равномерным законом распределения благодаря тому, что задний фронт этих импульсов формируется сдвинутыми на такт импульсом пуассоновского потока, попадающего в предыдущий опросный интервал в единственном числе. Нерегулярность же формирования выходных импульсов, когда в опросный интервал не попадает ни одного пуассоновского импульса или же попадает больше одного, устраняется тем, что каждый тактовый генератор, перезапускаясь единственным в опросном интервале пуассоновским импульсом, как бы "запоминает" смещение этого пуассоновского импульса относительно опросного и использует его для формирования заднего фронта выходного импульса до тех пор, пока не будет перезапущен единственным в опросном интервале пуассоновским импульсом другой тактовый генератор. При этом подряд следующие выходные импульсы одинаковой длительности не искажают равномерность закона распределения, так как такие серии выходных импульсов,всех длительностей будут появляться одинаково часто.

Выигрыш в точности предлагаемого устройства по сравнению с известным можно оценить следующим образом.

Так как в известном устройстве закон распределения длительности выходных импульсов будет представлять собой смесь равномерного и экспоненциального законов распределения, то нужно определить вклад каждого из этих законов в результирующий закон. При этом рассмотрим условия наиболее благоприятные для работы известного устройства, когда вклад равномерного закона будет наибольшим. Эти условия сводятся к нахождению такой длительности опросного интервала, вероятность попадания в которую ровно одного пуассоиовского импульса будет максимальна. Для этого выражение для закона Пуассона при условии попадания в опросный интервал ровно одного импульса P„(t)=3 i exp(-A

P„(1 )= 0,368

В известном устройстве в силу . особенностей его работы в тех случаях, когда в опросный интервал не попадает ни одного пуассоновского импульса, на выходе также будут формироваться выходные импульсы с равновероятной длительностью. Вероятность появления таких случаев составит величину Р (1/Л} = 0,368.

Общий же вклад равновероятного закона в результирующий закон составит около 74%

В предлагаемом устройстве вклад равномерного закона 100%-ный, поэтому можно считать, что выигрыш по точности составляет 26%. В действительности этот выигрыш будет еще большим, так как обеспечить экстремальную величину опросного интервала практически не удается из-за невозможности одновременного удовлетворения и других требований к длительности опросного интервала.

Предлагаемое устройство является и более простым в изготовлении и настройке, так как в нем используются два.идентичных синхронизируемых тактовых генератора. В известном же устройстве один из тактовых генераторов является стартстопным,: требующим для своей работы блока управления и, соответственно, сложной настройки.

ВНИИПИ Заказ 5626/51

Тираж 706 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4