Генератор псевдослучайных временных интервалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.04. 81 (21) 3270141/18-24 (51) M. Кл.з

G 06 F 7/58 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (5З) УДК 6 81.325 (088. 8) Опубликовано 300Я82.Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 30.09.82 (72) Автор изобретения

В. С. Ватраченко (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ВРЕМЕННЫХ

ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к вычислительной:технике, 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 g1).

Недостатком устройства является

его сложность.

Наиболее близкйм к предлагаемому является генератор случайных временных интервалов, содержащий низкочастоный и высокочастотный генераторы, разрешающий триггер и последовательно соединенные элементы ИЛИ, счетчик импульсов и элемент И, первый вход которого соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, второй с единичным выходом разрешающего триггера, а выход соединен с нулевым входом разрешающего триггера, вход высокочастотного генератора соединен с нулевым, а низкочастотного — с единичным выходами разрешающего триггера, при этом выходы обоих генераторов соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, а единичный вход разрешающего триггера является запускающим входом устройства (2 .

Случайный характер длительности формируемых временных интервалов обусловлен случайной величиной задержки в поступлении запускающего сигна- ла после завершения формирования предыдущего временного интервала. В связи с этим устройству присущи такие недостатки, как необходимость формирования случайного потока запускающих сигналов, что предполагает наличие еще одного генератора случайных временных интервалов помимо рассмат962934 риваемого, низкое быстродействие устройства обусловленное тем, что для формирования случайного значения кода, запоминаемого в счетчике, необходима значительная временная задержка между моментом завершения формирова- 5 ния временного интервала и поступле=. кием очередного запускающего сигнала, гарантирующая равномерный закон раc пределения згачений запоминаемого Кода за счет многократного переполнения, ц счетчика, а также невозможность работы генератора при постоянной частоте следования запускающих сигналов, так как i формирование временных интервалов, длительность которых равновероятна, возможно лишь при определенном соотношении частот высокочастотного и низкочастотного генераторов, а также генератора запускающих сигналов, каждый из которых обладает определенной нестабильностью частоты выполнение этого условия связано с необходимостью тщательной настройки трех различных генераторов и поддержанием заданного соотношения частот при рабате устройства, что требует применения специаль 25 ных мер по стабилизации частоты или введения в состав устройства дополнительных узлов, обеспечивающих автоматическую подстройку частоты генераторов). 30

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства и стабилизация параметров закона распределения случайных значений длительности временных интервалов. 35

Поставленная цель достигается тем,. что генератор псевдослучайных временных интервалов, содержащий генератор импульсов, первый триггер, элемент ,ИЛИ, выход которого соединен с входом4п счетчика, введены элементы И, делители частоты, блок индикации и второй триггер, единичный выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выхо 45 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 первым входом второго элемента И, второй вход которого яв" ляется входом "Пуск" генератора, а выход второго элемента И соединен с един чными входами первого и второго ггеров, выход первого делителя час 55 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, 50 выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход счетчика соединен с нулевым 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,низкочастотных 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 быстродействие устройства обеспечивается при использовании в качестве запускающего сигнала признака готовности, формируемого схемой индикации готовности. При этом частота следования случайных временных интервалов составляет

Г УМ1» М2, где F

ВГ

- частота высокочастотного генератора;

N1 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 - F,ïðè условии

Формирование трех потоков сигналов от одного генератора решает проблему подцерж@ния заданного соотношения частот следования сигналов и позволяет упростить управление устройствомизменение верхней границы диапазона длительностей, формируемых врвменных 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.

962934 коээффициентов деления М1 и М2, удовлетворяющих следующим условиям

М1 = 2" + N1

M2 = 2" + N2

5 где N 4 — любое целое нечетное положительное число, а N2 = 3.

Отыскивание пар значений Ni и N2, удовлетворяющих условию формирования значений кодов К в виде псевдослучайных последовательностей максимальной, 10 длины (от К = 0 до Е- = 2 — 1), проводится на математической модели устройства, реализованной на ЭВМ ЕС-1022.

Моделируется работа устройства для постоянных начальных значений кода

15 К =

В результате анализа работы модели выявлено, что значения кодов К в r.«èAe последовательностей максимальной длины формируются устройством при

К = 5, б, 7, 8 для указанных выше пар значений Nl и N2.

Для обеспечения максимального быстродействия устройства целесообразно из этих пар выбрать значения !1 и N2 по критерию минимума их суммы.

Новые элементы, введенные в состав

З устройства, относительно просто реализуются на современных цифровых интегральных микросхемах. Делители частоты строятся на базе двоичных счетчиков с дешифраторами, обеспечи40 вающими заданный коээфициент деления.

Схема индикации готовности при форми— ровании запускающих сигналов оператором выполняется, например в виде индикационной лампы, а при автоматичес45 ком запуске реализуется по любой известной схеме генератора одиночных ,импульсoâ.

Макет устройства изготовлен на микросхемах серии 155 и успешно прошел опытную проверку. в лабораторных условиях. При разрядности счетчика

К = 7, частота Рзг = 5 МГц и значении величин N1 = 3, N2 = 1 устройство позволяет формировать псевдослучайные временные интервалы с частотой следования запускающих сигналов F < 295,8 Гц. Значения длительностей временных интервалов составляет

К26,2 мкс и равномерно распределены от 0 до 3,3 мс.

Результаты опытной проверки пред С „= К М1УГ8ГТриггер 5 устанавливается, в нулевое состояние после того как через элемент И 2 с момента запуска пройдет М1хМ2 импульсов,при этом включается блок 6 индикации. С этого момента прекращается поступление импульсов с высокочастотного генератора 1 через элемент И 2, в счетчике 11 за-. поминается случайное значение кода К, генератор готов K, ooìèðoâàíèþ следующего временного интервала.

Равновероятные значения интервала Сэц обеспечиваются выбором значений

Устройство содержит последователь-! но соединенные генератор 1 импульсов, первый элемент И 2, первый 3 и второй 4 делители частоты, триггер 5 и блок 6 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, второй - с нулевым выходом триггера 8, а выход - co 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 8

Коэффициенты деления первого 3 и второго 4 делителей частоты соответственно равны М1 и М2. Счетчик 11 двоичный, разрядный.

Генератор работает следующим образом.

При поступлении запускающего сигнала (фиг. 2, эпюра0) триггеры 5 и 8 устанавливаются в единичное состояние (эпюры о и 4 соответственно). B счетчике 11 импульсов в момент запуска записан код К, значение которого случайно и находится в диапазоне от

К = 0 до К = 2 -1. На вход счетчика

К

11 поступают импульсы с делителя 3 частоты через элементы И 9 и ИЛИ 10 (эпюра Z ) . Частота следования этих импульсов в М1 раз ниже частоты Е

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 И 2 и 12 и ИЛИ 10 (эпюра д ). Длительность временного интервала, в течение которого триггер 8 находится в единичном состоянии (эпюра 8) составляет лагаемого устройства подтвердили следующие его преимущества по сравнению с известным, а именно более высокую стабильность параметров зако962934 на распределения случайных значений длительности временных интервалов, формируеМ х 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 быстродействи (максимально достижимое для устройств данного класса) за очет использования признака готовнос ти в качестве запускающего сигнала, а также упрощение управления устройством и его настройки за счет изменения верхней границы диапазона значений длительностей временных интервалов путем перестройки частоты высокочастотного генератора.

Формула изобретения

Генератор псевдослучайных временных интервалов, содержащий генератор импульсов, первый триггер,-элемент

ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьыения быстродействия, он содержит элементы

И, делители частоты, блок индикации и второй триггер, единичный выход которого 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 первым входом второго элемента И, второй вход которого является входом

"Пуск" генератора, а выход второго

10 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 пер 5 вым входом элемента ИЛИ, выход первого элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход счетчика соеди20 нен с нулевым входом первого триггера, единичный выход которого является выходом генератора и соединен с вторым входом третьего элемента И, а нулевой выход первого триггера

25 соединен с вторым входом четвертого элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 718840, кл. G 06 F 7/58, 1978.

2. Патент СШК М 3521171, кл. 328-129, 1970 (прототип).

962934

Составитель A. Kapacoa ,Редактор Ю. Середа ТехредТ.Фанта Корректор Ц. Король

Заказ 7514/69 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, Ул . Проектная, 4