Устройство для формирования случайных сигналов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки цифровой информации для моделирования их поведения в условиях воздействия равновероятного шума. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. В устройство, содержащее первый регистр 11, коммутатор 1, дешифратор 3, блок сравнения 5, элемент И 7, триггер 6 и генератор 8 тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом элемента И 7 и информационный вход устройства соединен с информационным входом коммутатора 1, выход которого подключен к первому входу блока сравнения 5, второй вход которого является входом задания допустимого значения шума устройства, соединенным с входом дешифратора 3, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора 1, выход первого регистра 11 является выходом устройства, дополнительно введены второй 10 и третий 9 регистры, выходы которых через схему монтажного ИЛИ соединены с информационным входом первого регистра 11, синхровход которого подключен к второму выходу генератора 8 тактовых импульсов, соединенному с C-входом триггера 6, D-вход которого соединен с общим проводом, а прямой и инверсный выходы подключены к входам управления записью соответственно второго 10 и третьего 9 регистров, информационные входы которых соединены с выходом коммутатора, первый выход генератора 8 тактовых импульсов соединен с синхровходом второго регистра 10, выход "меньше" блока сравнения 5 подключен к S-входу триггера 6 и ко второму входу элемента И 7, выход которого соединен с синхровходом третьего регистра 9. 3 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки цифровой информации для моделирования их поведения в условиях воздействия равновероятного шума.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому (прототипом) является генератор случайных последовательностей (авт.св. N 935953, кл. G 06 F 7/58, 1982), включающий генератор случайных последовательностей чисел, содержащий первичный датчик случайных чисел, регистр кода, блок элементов И, а также блок управления, регистр памяти и шифратор со своими связями.

Недостатком прототипа является то, что для выработки очередного случайного числа требуется случайное количество тактов отбора, что снижает быстродействие устройства и делает затруднительным его использование в составе синхронной аппаратуры.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования случайных сигналов, содержащее первый регистр, коммутатор, дешифратор, блок сравнения, элемент И, триггер и генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом элемента И и информационный вход устройства соединен с информационным входом коммутатора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого является входом задания допустимого значения шума устройства, соединенным со входом дешифратора, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, выход первого регистра является выходом устройства, дополнительно введены второй и третий регистры, выходы которых через схему монтажного ИЛИ соединены с информационным входом первого регистра, синхровход которого подключен к второму выходу генератора тактовых импульсов, соединенному с С-входом триггера, D-вход которого соединен с общим проводом, а прямой и инверсный выходы триггера подключены к входам управления записью соответственно второго и третьего регистров, информационные входы которых соединены с выходом коммутатора, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с синхровходом второго регистра, выход "Меньше" блока сравнения подключен к S-входу триггера и к второму входу элемента И, выход которого соединен с синхровходом третьего регистра.

Настоящим устройством осуществляется последовательная обработка равновероятного цифрового шума, величина которого (верхний предел) соответствует верхнему значению требуемого уровня шума. При этом по коду уровня шума производится ограничение исходного цифрового шума с округлением до ближайшего значения, кратного целой степени числа два, в сторону увеличения. Исходный равновероятный шум, имеющий значение ниже заданного уровня, пропускается на выход устройства непосредственно. Если же значения ограниченного исходного шума превышают заданный уровень, то они транспонируются в диапазон заданного уровня путем уменьшения в два раза. Одновременно производится понижение вероятности появления упомянутых превышений путем соответствующего выбора синхронизирующих тактовых частот (их соотношения) для перезаписи на выход значений исходного шума и их уменьшенных вдвое значений.

На фиг. 1 приведена электрическая функциональная схема устройства для формирования случайных сигналов; на фиг.2 электрические функциональные схемы дешифратора и коммутатора (в их совокупности); на фиг.3а,б,в гистограммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для формирования случайных сигналов содержит коммутатор 1, первая группа входов которого соединена с шиной 2 исходного (равновероятного) шума, вторая группа входов с выходами дешифратора 3, входы которого соединены с шиной 4 кода уровня шума и с первой группой входов элемента 5 сравнения кодов, выход которого соединен с входом запуска (с асинхронным входом установки в единичное состояние) триггера 6 и с первым входом элемента И 7, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 8 тактовых импульсов и с тактовым входом третьего регистра 9, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом триггера 6, прямой выход которого соединен с управляющим входом второго регистра 10, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И 7, выходы соединены с выходами третьего регистра 9 и с информационными входами первого регистра 11, выходы которого соединены с выходной шиной 12, тактовый вход соединен со вторым выходом генератора 8 тактовых импульсов и с тактовым входом триггера 6, информационный вход которого соединен с общей шиной (с шиной логического нуля), при этом вторая группа входов элемента 5 сравнения кодов и информационные входы второго регистра 10 поразрядно соединены с выходами коммутатора 1 и со сдвигом на один разряд в сторону младших разрядов с информационными входами третьего регистра 9.

Дешифратор 3 может быть выполнен на элементах типа ИЛИ, которые соединены по цепи старших разрядов последовательно. Алгоритм его работы заключается в том, что при наличии высокого уровня в одном из разрядов его входной шины, на выходе этого и всех младших разрядов устанавливается высокий уровень. Коммутатор 1 представляет собой набор элементов И. Частота импульсов на первом выходе генератора 8 тактовых импульсов превышает частоту импульсов на его втором выходе в К раз (на практике К 4.16 и зависит от точности реализации выходного сигнала). В качестве триггера, элемента сравнения кодов и регистров могут быть использованы элементы, имеющиеся в известных сериях микросхем: К555, К564 и т.п.

Устройство работает следующим образом.

На шину 2 поступает исходный равновероятный n-разрядный цифровой шум (фиг. 3,а). Разрядность n определяется требуемым максимальным значением уровня шума на выходе устройства. На шину 4 поступает код уровня Р шума (фиг. 3), соответствующий требуемому уровню цифрового равновероятного шума на выходе устройства, при этом Р изменяется от нуля до 2^{n - 1}. На выходе коммутатора 1 формируется цифровой равновероятный шум, величина которого округлена до ближайшего значения, кратного целой степени числа два, большего значения Р (фиг. 3, б). Код на выходе коммутатора 1 постоянно сравнивается с кодом, поступающим на шину 4, и если последний имеет меньшую величину, то на выходе элемента 5 появляется сигнал, обеспечивающий прохождение импульса с первого выхода генератора 8 на тактовый вход регистра 10. Одновременно выходным сигналом элемента 5 триггер 6 устанавливается в единичное состояние. Сигнал с прямого выхода триггера 6 подключает выходы регистра 10 к информационным входам регистра 11, а сигнал с инверсного выхода триггера 6 отключает выходы регистра 9 от информационных входов регистра 11. При этом выходной код коммутатора 1 появляется на информационных входах регистра 11.

С появлением импульса на втором выходе генератора 8, частота следования которого меньше в К раз по сравнению с частотой следования импульсов на первом выходе генератора 8, упомянутый код оказывается записанным в регистр 11 и появляется на шине 12.

Одновременно (или с некоторым запаздыванием относительно момента записи кода в регистр 11) триггер 6 устанавливается в нулевое состояние, обеспечивая подключение выходов регистра 9 к информационным входам регистра 11 (с соответствующим отключением выходов регистра 10). Таким образом на выходную шину 12 оказывается занесенным код, уровень которого меньше установленного уровня Р шума.

Если же между двумя соседними импульсами со второго выхода генератора 8 код на выходе коммутатора 1 ни одного раза не принимал значения меньшего кода на шине 4 (что маловероятно, учитывая соотношение частот на первом и втором выходах генератора 8), то в регистр 11 через регистр 9 окажется занесенным половинное значение выходного кода коммутатора 1, которое всегда меньше заданного уровня Р шума. Это сделано для того, чтобы обеспечить независимость соседних значений кодов на шине 12. Зависимость же указанных значений непременно возникла бы при повторном использовании одинаковых кодов с выхода регистра 10.

Таким образом, данное устройство обеспечивает регулирование уровня равновероятного цифрового шума с дискретностью (с точностью) до единицы младшего разряда уровня равновероятного цифрового шума, поступающего на шину 4.

Для обеспечения четкого и правильного функционирования устройства необходимо, чтобы код на шине 2 изменялся с частотой выше или равной частоте импульсов на первом выходе генератора 8, а код на шине 4 (при регулировании уровня шума в динамике) изменялся бы в моменты появления импульсов на втором выходе генератора 8.

Данное устройство, необходимо отметить, имеет относительно низкое быстродействие, определяемое соотношением частот на первом и втором выходах генератора тактовых импульсов. Повышение быстродействия приводит к появлению погрешностей в законе распределения выходного шума (фиг.3,в).

Использование данного устройства в системах динамического моделирования позволяет повысить качество моделирования, заключающееся в возможности объективного и всестороннего выявления свойств исследуемых объектов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее первый регистр, коммутатор, дешифратор, блок сравнения, элемент И, триггер и генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом элемента И, информационный вход устройства соединен с информационным входом коммутатора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого является входом задания, допустимого значения шума устройства, соединенным с входом дешифратора, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, выход первого регистра является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй и третий регистры, выходы которых через схему монтажного ИЛИ соединены с информационным входом первого регистра, синхровход которого подключен к второму выходу генератора тактовых импульсов, соединенному с C-входом триггера, D-вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а прямой и инверсный выходы подключены к входам управления записью соответственно второго и третьего регистров, информационные входы которых соединены с выходом коммутатора, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с синхровходом второго регистра, выход "Меньше" блока сравнения подключен к S-входу триггера и второму входу элемента И, выход которого соединен с синхровходом третьего регистра.

РИСУНКИ

Рисунок 1