Датчик случайных равновероятных временных интервалов

(Ю (13). СОЮЗ СОВЕТСНИХсззаакМесиииРЕСПУБЛИН М 59:,Я 0,6 Р 7 58 СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДГГЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВ:ННЫЙ НОМИТЕТ СССЕПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 327590, кл, 6 06 Г 7/58, 1970.2. Авторское свидетельство СССР9 514424, кл. С 06 Р 7/58, 1973.3, Авторское свидетельство СССР,В 794627, кл, С 06 Р 7/58, 1979(54)(57) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ РАВНОВЕРОЯТНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержаций генератор пуассоновского потока импульсов, первий триггер,.двагенератора импульсов, выходы которыхсоединены с первыми входами соотетственно первого и второго элемен-.тов И, выходы последних соединенысоответственно с первым,и вторым .входами элемента ИЛИ, выход которогосоединен с единичным входом второготриггера, нулевой вход которогояляется входом датчика, а нулевойыкод второго триггера являетсяыходом датчика, о т л и ч а ющ и й 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 пряьымвыходам первых разрядов первого и второго счетчиков, инверсные выходы вторых разрядов которых соединены соответственно с вторыми входами С третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых подключены соответственно к нулевому и единичному 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 второгоэлементов И.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения стохастических спецвычислителей и моделирующихустройств.Известен генератор случайныхимпульсов содержащий последовательно соединенные источник шума, видео"усилитель и спусковое устройство,а также генератор тактовых импульсов, и ключ, входом соединенный свыходом генератора тактовых импульсов, а выходом - с одним из входовспускового устройства, другой входкоторого соединен с шиной питания 11.Однако это устройство не позволяет получать импульсы со случайной равновероятной длительностью,Известен также генератор случайных сигналов, содержащий последовательно соединенные генератор шума,суммирующий усилитель, пороговоеустройство и одновибратор, выходомсоединенныйс первым входом триггера и через инвертор - с первымвходом элемента И, выходом соединенного с вторым входом триггера,Ьторой вход элемента И соединен содним из входов суммирующего усилителя и входом генератора тактовыхимпульсов 2 .Основным недостатком данногоустройства является то, что получатьс его помощью импульсы со случайной равновероятной длительностьювозможно только со значительной методической .погрешностью,Наиболее .близким по техническойсущности к предлагаемому являетсядатчик случайных равновероятных временных интервалов, содержащий двагенератора тактовых импульсов, генератор пуассоновского потока импульса, два триггера, два элемента И,элемент ИЛИ и блок синхронизации,.один вход которого соединен с выходом элемента И, а второй - с выходом генератора пуассоновского потока иМпульсов, причем выход блокасинхронизации соединен со входомпервого генератора тактовых импульсов, выход которого соединен совторым входом элемента или, другойвход элемента ИЛИ соединен с выходомвторого элемента И, а выход этогоэлемента ИЛИ соединен с первымивХодами первого элемента И и первоготриггера, 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 входомвторого генератора тактовых импульсов и первым входом второго триггера,второй вход которого соединен с входом всего устройства. Выход второгогенератора тактовых импульсов соеди дииены соответственно с первым ивторым вхбдами элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с единичным вхо" дом второго триггера, нулевой вход которого является входом датчика,а нулевой выход второго триггера.является выходом датчика, введены третий, четвертый, пятый и шестойэлементы И, два счетчика и элементзадержки, выход которого соединенс установочными входами первогои второго счетчиков, счетные входыкоторых объединены соответственнос входами первого и второго генераторов импульсов и подключены соответственно к выходам третьего ичетвертого элементов И, первыЕвходы которых объединены между собойи подключены к выходу генераторапуассоновского потока импульсов,вход датчика подключен к входу элемента задержки и к первым входампятого и шестого элементов И, вторыевходы которых подключены соответственно к прямым выходам первыхразрядов первого и второго счетчиков,.инверсные выходы вторых раэря"дов которых соединены соответственно с вторыми входами третьего и чет 45 50 55 60 вертого элементов И, третьи входыкоторых подключены соответственнок нулевому и единичному выходам первого триггера, нулевой и единич" ный входы последней подключены сорт 65 нен с вторыми входами второгэлемента И, первый вход которого соединен с выходом второго триггера 31,Недостаток известного устройства - наличйе существенной методичес кой ошибки воспроизведения равно"мерного закона распределения длительности генерируемых импульсов. Этаошибка возникает из-за того, чтостартстопный генератор запускается 10 не только тогда, когда в интервалмежду импульсами опроса попадаетодин импульс пуассоновского потока,но и тогда, когда их попадает большеодного. Синхронизированный же гене ратор перезапускается даже каждымпуассоновским импульсом, поэтомурезультирующее распределение на выходе устройства будет представлятьсмесь равномерного и усеченного. экспоненциального распределений.Цель изобретения - повышение точности воспроизведения равномерногозакона распределения случайных длительностей выходных импульсов.Поставленная цель достигаетсятем, что в датчик случайных равно"вероятных временных интервалов, содержащий генератор пуассоновскогопотока импульсов, первый триггер,два генератора импульсов, выходыкоторых соединены с первыми входамисоответственно первого и второгоэлементов И, выходы последних соеветственно к выходам пятого и шестого элементов И, единичный и нулевой выходы первого триггера подключены соответственно к вторым входампервого 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 счетчик1, генераторы 9 и 10 импульсов, счетчик 11, элементы И 12.и 13, элементИЛИ 14, триггер 15.Датчик работает следующим образом.После подачи питания запускаютсягенераторы 5,9 и 10, счетчики 8и 11, триггеры 4 и 1% устанавливаются в произвольное состояние. Предположим, что на нулевом выходе триггера 4 .единичный потенциал, а нанулевом выходе триггера,15 нулевойпотенциал, счетчики 8 и 11 установились в такое положение, что снулевых выходов из вторых разрядовна элементы И 6 и 7 с единичныхвыходов первых разрядов на элементыИ 1 и 2 будут поступать единичныепотенциалы ( наилучший случай ). Тогдапервый импульс опроса установитна нулевом выходе триггера 15 единичный потенциал, т.е. формируетдередний фронт выходного импульсам, пройдя через элемент задержки 3,установит в исходное состояние( нулевое ) счетчики 8 и 11. Посколькуэлементы И 1 и 2 закрыты, то импульсопроса 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,Ври этом элемент И 13 будет открытдля прохождения тактовых импульсовс генератора 10, а элемент И 6 будет открыт для пуассоновских импульсов генератора 5, так как с нулевого выхода второго разряда счетчикана третий вход элемента И б послепоступления опросного импульса такжебудет подаваться единичный потенциал.Тактовый импульс генератора 10,смещенный относительно опросногона равновероятный интервал, пройдячерез открытый элемент И 13 и элемент ИЛИ 14, переводит триггер 15Э противоположное состояние и темсамым сформирует задний фронт выходного импульса случайной равновероятной длительности,Так как элемент И б открыт, то допоступления очередного опросного .импульса, на генератор 9 могут поступать пуассоновские импульсы.Причем, если на него не .поступит ниодного импульса или поступит больше одного импульса, то после приходаочередного опросного импульса, который сформирует передний фронт очередного выходного импульса случайной длительности, в формировании5 заднего Фронта будет по-прежнемуучаствовать генератор 10. Действительно, если, например, за времямежду двумя опросными импульсамичерез элемент И 6 не пройдет ни один1 О пуассоновский импульс, то счетчик 8останется в исходном состоянии и сего единичного выхода первого разряда на элемент И 2 в момент приходаочередного опросного импульса не15 будет поступать единичный потенциал.Поэтому триггер очередным опроснымимпульсом не перебросится, и единичный потенциал по-прежнему будет подаваться с его нулевого выхода наэлемент И 13,Если же на время между двумя опросными импульсами на выходе генератора 5 появится больше одногопуассоновского импульса, то толькопервый и. второй из них пройдут наперезапуск генератора 9. Л все последующие импульсы, если они появят-ся на выходе генератора 5, уже проходить не будут, так как второйимпульс установит на нулевом выходеЗО второго разряда счетчика 8 нулевойпотенциал, которым закроется элемент И б. Кроме того, поскольку наперезапуск генератора 9 поступилобольше одного пуассоновского импуль 35 са, то этот генератор нельзя использовать в последующем такте дляформирования заднего фронта выходного импульса. Поэтому с единичноговыхода первого разряда счетчика 840 на элемент И 2 будет поступать нулевой потенциал, в результате чегоочередной опросный импульс не пройдет через элемент И 2 и не перебросит триггер 4, Т.е. по-прежнему45 к единичному входу триггера 15 черезоткрытый элемент И 13 и элементИЛИ 14 будет подключен генератор 10,как и в случае непоступления ниодного пуассоновского импульса. При 0 чем генератор 10 будет подКлюченк единичному входу триггера 15 дотех пор, пока между предыдущим ипоследующим опросными импульсамИ.через элемент И 6 не пройдет толькоодин пуассоновский импульс. Тогда55 в момент прихода последующего опросного импульса элемент И 2 будетоткрыт и триггер 4 перебросится.В результате этого откроется элементИ 12, и к единичному входу триггера60 15 подключится генератор 9, которыйтеперь будет участвовать в формирОванин заднего фронта выходного импульса до тех пор, пока в промежутке времени между двумя опросными65 импульсами через элемент И 7 на10 ЗаоЗ 4 10 15 20 25 30 35 40 45 генератор 10 не поступит ровно одинимпульс пуассоновского потока.Таким образом, предлагаемое устройство вырабатывает импульсых плот-.ность вероятностей длительностейкоторых методически точно описывается равномерным законом распределения благодаря тому, что заднийфронт этих импульсов формируетсясдвинутыми на такт импульсом пуассоновского потока, попадающего впредыдущий опросный интервал в единственном числе. Нерегулярность жеформирования выходных импульсов,когда в опросный интервал не попадает ни одного пуассоновского импульсаили же попадает больше одного, устраняется тем, что каждый тактовыйгенератор, перезапускаясь единственным в опросном интервале пуассоновским импульсом, как бы "запоминает" смещение этого пуассоновскогоимпульса относительно опросногои использует его для формированиязаднего фронта выходного импульсадо тех пор, пока не будет перезапущен единственным в опросном интервале пуассоновским импульсом другойтактовый генератор. При этом подрядследующие выходные импульсы одинаковой длительности не искажают равномерность закона распределения,так как такие серии выходных импульсов,всех длительностей будут появляться одинаково часто,Выигрыш в точности предлагаемогоустройства по Сравнению с известнымможно оценить следующим образом.Так как в известном устройствезакон распределения длительностивыходных импульсов будет представлять собой смесь равномерного иэкспоненциального законов распределения, то нужно определить вкладкаждого из этих законов в результирующий закон, При этом рассмотримусловия наиболее благоприятныедля работы известного устройства,когда вклад равномерного законабудет наибольшим. Эти условия сводятся к нахождению такой длительности опросного интервала, вероятность попадания в которую ровноодного пуассоиовского импульса будет максимальна. Для этого выражение для закона Пуассона при условии попадания в опросный интервалровно одного импульса Р(ц:лгехр 1-л)продифференцируем по С, приравняемнулю и, решив уравнение, найдем,что С= 1/М . Подставив значениев Р.,) , получим вероятностьР-у( Г): 0,36 В,В известном устройстве в силу .особенностей его работы в тех случаях, когда в опросный интервал непопадает ни одного пуассоновскогоимпульса, на выходе также будутформироваться выходные импульсы сравновероятной длительностью. Вероятность появления таких случаев составит величину Ро 1 Р) = 0,368.Общий же вклад равновероятного закона в результирующий закон составитоколо 74,В предлагаемом устройстве вкладравномерного закона 100-ный, поэтому можно считать, что выигрыш поточности составляет 26. В действительности этот выигрыш будет ещебольшим, так как обеспечить экстремальную величину опросного интерва"ла практически не удается из-заневозможности одновременного удовлетворения и других требований к длительности опросного интервала.Предлагаемое устройство являетсяи более простым в изготовлении инастройке, так как в нем используются два идентичных синхронизируемыхтактовых генератора. В известномже устройстве один из тактовых генераторов является стартстопным,:требующим для своей работы блокауправления и, соответственно, слож-ной настройки. ВНИИПИ Заказ 5626/5 Тираж 706 Подписное лиал ППП"Патент",Ужгород,ул.Проектная,