Генератор равномерно распределенныхслучайных интервалов времени

 

Союз Советских

Социалнстических

Респубпнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<1845154

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19. 07. 79 (21) 2799724/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 070781, Бюллетень № 25 (51)М. Кл.

G F 1/02

С 07 С 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 325 (088.8) Дата опубликования описания 07. 07. 81 (72) Авторы изобретения

В.N. Глушань и Л.И. Щербаков

Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д. Калмыкова (71) Заявитель (54 ) ГЕНЕРАТОР РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ

СЛУЧАИНЫХ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для построения стохастических спецвычислителей и моделирующих устройств, используемых в частности, для.моделирования надежности радиоэлектронной аппаратуры.

Известен генератор случайных импульсов, состояций из последовательно соединенных первичного источника шума, видеоусилителя и спускового устройства, а также генератора тактовых импульсов и ключа, вход которого соединен с выходом генератора тактовых HMIIJJJlbcQB а выход — с одним из входов спускового устройства, другой вход которого соединен с шиной питания (1).

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет получать импульсы со случайной равновероятной длительностью.

Известно также устройство для формирования равновероятных времен ных интервалов, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор пуассоновского потока импульсов, элемент-И, триггер и блок управления, один вход которого соединен с выходом элемента И, а другой — с выходом генератора пуассоновского потока импульсов. Выход блока управления соединен со входом генератора тактовых импульсов, выходом соединенного с первыми входами триггера и элемента И. Второй вход элемента соединен с выходом триггера, являющимся выходом всего устройства.

Импульсы опроса подаются на второй вход триггера, являющегося входом устройства 127.

Недостатком устройства является нерегулярность выдачи импульсов случайной длительности на выходе устройства при регулярной последовательности импульсов опроса.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор равномерно распределенных случайных интервалов времени,содержащий два генератора тактовых импульсов, генератор пуассоновского потока импульсов, два триггера,два элемента И, элемент ИЛИ и блок управления, один вход которого соединен с выходом элемента И, а другой — с выходом генератора пуассоновского потока имПульсов. Вход блока управления .соединен со входом первого генератора тактовых импульсов, вы845154 ход которого соединен со вторым вхо- дом элемента ИЛИ. Другой вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, а выход — c 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, являющимся выходом всего устройства. Выход генератора пуассоновского потока импульсов соединен также с входом второго генератора тактовых импульсов и первым входом второго триггера, второй вход которого соединен со входом всего устройства. Выход второго генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго триггера f3) .

Недостатком устройства является то, что оно позволяет получать им- Щ пульсы, случайная равновероятная длительность которых может принимать значения только в пределах периода импульсов опроса, но не позволяет получать непрерывный поток случайных импульсов с равновероятным распределением интервалов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет получения непрерывного потока случайных импульсов с равновероятным распределением интервалов.

Для достижения поставленной цели в известный генератор равномерно рас-. пределенных случайных интервалов времени, содержащий первыи и второй триггеры, первый и второй элементы И, первый элемент ИЛИ, генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со входом "Старт" 40 первого блока управления, выход которого соединен со входом первого генератора тактовых импульсов, второй генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом 4 первого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, а выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, введены третий генератор тактовых импульсов, второй блок управления, третий и четвертый триггеры, третий, четвертый, пятый,шестой и седьмой элементы И,второй и третий элементы ИЛИ и первый, второй и третий элементы задержки. Вход "Старт" 55 второго блока управления соединен с выходом генератора пуассоновского потока импульсов, а выход второго блока управления соединен со входом второго генератора тактовых импуль- ф) сов. Выход первого генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента И. Первый вход первого элемента И соединен со входом

"Стоп" второго блока управления, — у ход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и через первый элемент задержки со входом первого триггера, нулевой выход которого соединен со входом

"Стоп" первого блока управления и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого генератора тактовых импульсов. Выход второго элемента И соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора. Выход третьего генератора тактовых импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента

И, с третьим входом первого элемента

ИЛИ и через второй элемент задержки со вторым входом второго элемента

ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с единичным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, а нулевой выход четвертого триггера соединен с первым входом шестого элемента И. Выход генератора пуассоновского потока импульсов соединен со вторым входом шестого и с первым входом седьмого элементов И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, выход которого соединен со вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с нулевым входом четвертого триггера, с первым входом третьего элемента

ИЛИ и через третий элемент задержки с нулевым входом второго триггера.

Второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом шестого элемента

И, а,выход — с нулевым входом третьего триггера, выход которого соединен со вторым входом пятого элемента И.

Единичный выход четвертого триггера соединен со вторым входом седьмого элемента И.

Кроме того, каждый блок управления содержит ключ, элемент И, первый и второй триггеры, элемент ИЛИ, элемент НЕ и элемент задержки, вход которого объединен с первым входом элемента И, с нулевым входом второго триггера и является входом "Старт" блока, вход "Стоп" которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ с единичным входами триггеров. Выход элемента задержки соединен со вторым входом элемента

ИЛИ, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход ключа является выходом блока.

845154

Сущность изобретения основана на том, что плотность распределения вероятностеи длительности интервала между импульсом периодической последовательности (или импульсом опроса) и пуассоновским импульсом, при условии попадания в этот периодический интервал только одного пуассоновского импульса равномерна, а также на том, что выходной импульс одновременно является и импульсом

1 опроса.

Для этого используются три генератора тактовых импульса, два из которых работают в старт-стопчом режиме, а третий - BBTOKOIIB6BTeJIb ном независимо от двух первых.Все три генератора имеют одинаковую частоту повторения импульсов. При этом два первых генератора запускаются импульсами пуассоновского потока в случайные моменты времени.

Спустя один период собственной частоты следования импульсов после запуска каждыи из них подключается к выходу устройства выдавая импульс. Этим же выходным, но задержанным импульсом осуществляется срыз генерации того тактового генератора, который выдал импульс на выход устройства. Если же за случайный промежуток времени между последним и предпоследним импульсами на выходе устройства импульс пуассоновского потока не вырабатывается, то ни один из первых двух генераторов тактовых импульсов не будет запущен, что приведет к срыву генерации всего устройства.

Для предотвращения этого в таких случаях к выходу устройс=ва подключается третий генератор тактовых импульсов. Его импульсы, так же как и импульсы двух первых тактовых генераторов, будут смещены относительно любого выходного импульса на случайный равновероятный интервал времени.

Как только импульс пуассоновского по-.ока появится, он запускает-один из двух тактовых генераторов, работающих в старт-стопном режиме, но на выход устройства пройдет еще один импульс с третьего генератора, а затем импульс с этого запущенного генератора.

На фиг.1 приведена структурная схема генератора, на фиг.2 — временные диаграммы в соответствующих точках; поясняющие принцип его работы; на фиг. 3 — вариант схемы блоков управления.

Генератор содержит генератор пуассоновского пото-.à импульсов 1, генератор тактовых импульсов ?, блоки управления 3 и 4, генератор тактовых импульсов 5, элементы И и 7, элемент ИЛИ 8, элемент задержки 9, триггер 10, генератор тактовых импульсов 11, элемент И 12, триггер 13 элемент И 14, элемент ИЛИ 15, элемент И 16, триггер 17, И 18, элемент задержки 19, элемент И 20, триггер 21, элемент задержки 22 и элемент ИЛИ 23.

Блок управления содержит элемент

ИЛИ 24, элемент HE 25, триггеры

26,27, элемент И 28, ключ 29 и элемент задержки 30..

Выход генератора 1 соединен со входом "Старт" блоков управления .3 и 4, а также со вторым входом элемента И 20 и первым входом элемента

И 14. Выходы блоков управления 3 и

4 соединены =o входами генераторов

2 и 5 соответственно. Выход генра1Э тора 2 соединен с первым вх<. д элемента И 6, второй вход которого соединен с одним из выходов счетного триггера 10 и входом "Стоп" блока управления 3. Выход генератора

20 5 соединен со вторым входом элемента И 7, первый вход которого ooåäèнен с одним из выходов триггера 10 и входом "Стоп" блока управления 4.

Выходы элементов И 6 и 7 соединены со входами элемента ИЛИ 8, который через элемент задержки 9 соединен со входом триггера 10„ с первым входом элемента ИЛИ 23 и является также выходом всего устройства.

Выход генератора 11 соединен с первым входом элемента И 12, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 8, с первым входом элемента И 18 и через элемент ИЛИ

23 со входом S-триггера 13 и со вторым входом элемента И 16, первый вход которого соединен с выходом триггера 13, а выход — со входом

S триггера 17. Один из выходов триггера 17 соединен со вторым вхо40 дом элемента И 12 и с первым входом элемента И 20, .а другои — co вторым входом элемента И 14, Выход элемента И 14 соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, выход

45 которого соединен со входом к-триггера 13. Выход элемента И 20 соединен со входом 5-триггера 21, выход которого соединен со вторым входом элемента И 18. Выход элемента И 18 соединен со вторым входом элемента

HJIH 15, co o oM R-,òðèããåðà 17 и через элемент задержки 19 со входом R-триггера 21.

Вход элемента задержки 30 соединен с первым входом элемента И 28 и входом S-триггера 27 и является входом "Старт" блока управления.

Один вход элемента ИЛИ 27 соединен со входом элемента HE 25 и является входом "Стоп" блока управления.ВтоЯ рой вход элемента ИЛИ 24 соединен с выходом элемента задержки 30.

Выход элемента ИЛИ 24 соединен со входом S триггера 26, вход R которого соединен со входом R-триггеЯ ра 27 и выходом элемента HL 25.

845154

Нулевой выход триггера 26 соединен со вторым входом. элемента И 28,выход которого соединен с первым входом ключа 29, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера 27. Третий вход ключа 29 соединен с шиной "земля", а его выход является выходом блока управления.

Рассмотрим работу устройства при наиболее важных случаях следования во времени пуассоновских импульсов и импульсов всех тактовых генераторов. После включения питания триггер 10 устанавливается в одно из двух устойчивых состояний, и с его выходов на один из блоков управления

3 или 4 подается единичный потенциал, а на другой — нулевой. Предположим, что на вход "Стоп" блока управления

3 подается нулевой потенциал, а на вход "Стоп" блока управления 4 — единичный. Триггеры 13, 17 и 21 после 20 включения питания устанавливаются в исходное-состояние, которому соответствует нулевой потенциал на единичных выходах (верхних по чертежу).

Если на вход "Стоп" какого-либо из д блоков управления приходит с триггера 10 единичный потенциал, то случайный импульс с генератора 1 не проходит на вход соответствующего генератора тактовых импульсов и не влияет на его работу, если же приходит на вход "Стоп" нулевой потенциал, то осуществляется срыв генерации соответствующего генератора тактовых импульсов и одновременно подготавливается его запуск очередным случайным импульсом пуассоновского потока. Причем после срыва генерации, генератор тактовых импульсов вновь запускается только один раз первым случайным импульсом. Все 40 последующие импульсы, поступающие на вход блока управления за время наличия на его входе "Стоп" нулевого потенциала, не влияют на работу соответствующего 45 импульсов.

Первый импульс пуассоновского потока (диаграмма Л) запускает генератор 2 (диаграмма В), а на генератор 5 не влияет. Поэтому импульс с генератора 5 (диа.грамма Д) пройдет на выход устройства, так как на одном из входов элемента И 7 присутствует единичный потенциал (диаграмма Е). Иьжульсы на выходе уст.ройства помечены цифрами (диаграмма G), расположенными ниже порядкового номера импульса и соответствуют номеру того генератора тактовых импульсов, который их выдал на выход устройства. 60

Первый импульс на выходе устройства перебрасывает триггер 10 и переводит в единичное состояние триггер 13 (диаграмма Н). В соответствии с этим на вход "Стоп" блока 4 поступит нулевой потенциал, который ocy" ществит срыв генерации генератора 5 и подготовит его к запуску случайным пуассоновским импульсом. На вход

"Стоп" блока 3 и один из входов элемента И 6 поступит единичный потенциал (диаграмма С). Второй импульс пуассоновского потока перебросит триггер 13 в нулевое (исходное) состояние, а второй импульс генератора 2 пройдет на выход устройства, так как элемент И 6 открыт единичным потенциалом. При этом триггер

10 перебросится, а триггер 13 вновь переидет в единичное состояние. Осуществится срыв генерации генератора 2 и очередной его запуск третьим пуассоновским импульсом, и этим же импульсом триггер

13 устанавливается в нулевое состояние. На выход пройдет третий импульс с генератора 5, произоидет срыв генерации генератора 5 и переброс триггера 13 в единичное состояние. Четвертыи импульс генератора 2 проидет на выход устройства, вновь перебросит триггер 10 и переведет триггер 17 в единичное состояние (диаграмма 1), так как в период между третьим и четвертым выходными импульсами импульс пуассоновского потока не появился, триггер 13 не переходит в нулевое состояние. -Единичным потенциалом с единичного выхода триггера 17 откроются элементы И 12 и И 20, поэтому третий импульс с выхода генератора

11 (диаграмма F) пройдет на выход устроиства (на диаграмме 0 5-и импульс). Так как элемент И 20 открыт единичным потенциалом с триггера 17, то шестои пуассоновский импульс переведет триггер 21 в единичное состояние (диаграмма J ) и запустит генератор 5. Поскольку в период времени между 4-м и 5-м выходными импульсами импульс пуассоновского потока также не появился, то очередным (шестым) импульсом на выходе устройства будет импульс с выхода генератора 11. Единичный потенциал с выхода триггера 21 держит элемент И 18 в открытом состоянии, поэтому 4-й импульс с генератора 11 проходит через элемент И 18 и переводит триггеры 13,17 и 21 в исходное нулевое состояние. Этот же импульс, задержанный элементом задержки 22, проходит через элемент

ИЛИ 23 и опять переводит триггер

13 в единичное состояние. Этим самым подготавливается подключение генератора 11 к выходу устройства в случае, если за интервал времени между последующим (седьмым) и предыдущим (шестым) выходными импульсами не появится пуассоновскйй импульс.

Следующим выходным импульсом (седьмым) будет 5-й импудьс с выхода

845154

10 генератора 5, поскольку он был запущен 6-м пуассоновским импульсом, а элемент И 7 открыт единичным потенциалом с выхода триггера 10 (диаграмма Е). Седьмой выходной импульс перебросит триггер 10 и тем самым осуществит срыв генерации генератора 5. Так как за интервал времени между 6-м и 7-м выходными импульсами не появился импульс пуассоновского потока, то элемент И 16

10 открыт единичным потенциалом с триггера 13, и 7-й выходной импульс переведет триггер 17 в единичное состояние (диаграмма 2 ). Седьмой пуассоновский импульс запускает генератор 5 и через открытый элемент

И 20 переводит триггер 21 в единичное состояние. Так как элемент И 12 открыт единичным потенциалом с триггера 17, то на выход пройдет 5-й импульс с генератора 11 (8-й выход- 20 нои импульс на диаграмме С). Этот импульс осуществит сброс в исходное состояние триггеров 13,17,21 и пройдя через элемент задержки 22 и элемент ИЛИ 23, вновь переведет триггер 2

13 в единичное состояние. Девятый пуассоновскии импульс запустит генератор 2 (5-й импульс на диаграмме

B) и сбросит в нулевое состояние триггер 13 (диаграмма Н), Девятым импульсом на выходе окажется 7-й им пульс с генератора 5 (диаграмма О), и в дальнейшем процесс генерирования будет продолжаться аналогично процессу, описанному выше.

Оба блока управления 3 и 4 функционируют одинаково. Суть их работы состоит в следующем. Поступающий нулевон потенциал на вход "Стоп" инвертиРуется элементом 25 НЕ и переводит: триггеры 26,27 в нулевое состояние. 40

В результате элемент И 28 открывается единичным потенциалом с нулевого выхода триггера 26, а ключ 29 закорачивает вход соответствующего генератоРа тактовых импульсов на землю 4 и тем самым срывает его колебания.

Импульс гуассоновского потока, поступающий на вход "Старт", переводит триггер 27 в единичное состояние, в результате чего вход соответствующего,, генератора тактовых импульсов.отключается от шины "земля", а пуассоновский импульс через открытый элемент И 28 и ключ 29 проходит на вход генератора тактовых импульсов, запуская его. Этот же, но задержанный элементом 30 пуассоновский импульс, через элемент ИЛИ 24 переводит триггер 26 в единичное состояние. При этом элемент И 28 закрывается, и все последующие пуассонов- Я ские импульсы, поступающие на вход

"Старт" до прихода очередного сигнала на вход "Стоп", не проходят на вход соответствующего генератора тактовых импульсов.

В предлагаемом устройстве методическая погрешность генерирования равновероятных временных интервалов сведена к нулю. Кроме того, устройство не содержит многоразрядных циф„-овых узлов, поэтому, несмотря на кажущуюся сложность функционирования, оно достаточно просто.

Формула изобретения

1. Генератор равномерно распределенных случайных интервалов времени, содержащий первый и второй триггеры, первыи и второй элементы

И, первый элемент ИЛИ, генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со входом

"Старт" первого блока управления, выход которого соединен со входом первого генератора тактовых импульсов, второи генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, а выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет получения непрерывного потока случайных импульсов с равновероятным распределением интервалов,в него введены третий генератор тактовых импульсов, второй блок управления, третий и четвертый триггеры, третин, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И, второй и третин элементы ИЛИ, первый, второй и третий элементы задержки, причем вход "Старт" второго блока управления соединен с выходом генератора пуассоновского потока импульсов, а выход — co входом второго генератора тактовых импульсов, выход первого генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента И, первый вход первого элемента

И соединен со входом "Стоп" второго блока управления, выход с первым входом второго элемента ИЛИ и через первый элемент задержки со входом первого триггера, нулевой выход которого соединен со входом "Стоп" первого блока управления и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого генератора тактовых импульсов, выход второго элемента И соединен, со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, выход третьего генератора тактовых импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элелента И, с третьим входом первого элемента

845154 т.ИЛИ и через второй элемент задержки со вторым входом второго элемента

ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом третьеГо триггера и с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с единичным входом четвертого триггера, единичныи выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, а нулевой выход четвертого триггера соединен с первым входом шестого элемента И, выход генератора пуассоновского,потока импульсов соединен со вторым входом шестого и первым входом седьмого элементов И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, выход которого соединен со вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с нулевым входом четвертого триггера, с первым входом третьего элемента ИЛИ, и через третий элемент задержки с нулевым входом второго тригГера, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом шестого элемента И, а выход третьего элемента ИЛИ соединен с нулевым входом третьего триггера, выход которого соединен со Вторым входом пятого элемента И, единичный выход четвертого триггера соединен со вторым входом седьмого элемента И.

2. Генератор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что каждый блок управления содержит ключ, элемент И, первый и второй триггеры, элемент ИЛИ, элемент НЕ и элемент задержки, вход которого объединен с первым входом элемента И, с нулевым входом второго триггера и является входом — "Старт" блока, вход

"Стоп" которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и через элемент

НЕ соединен с единичным входом триггеров, выход элемента задержки соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, выход кото15 рого соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а выход ключа является

Щ выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 327590, кл. Н 03 К 5/156, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 4,63962, кл. G 06 F 1/02, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2699857, кл. G 06 F 1/02, 1978 (прототип).

845154

Составитель А. Карасов

Техред 3,Фанта Корректор Л. Иван

Редактор Л. Утехина

Тираж 745 Подписное вниипи Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, (-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4168/4

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4