Цифровое устройство для формирования случайных процессов с заданным спектром

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 111) 594 1)5 6 06 Р 7/58 ОБРЕТЕНИ ПИСАН ЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКО(71) Рязанский радиотехнический инсти(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕСОВ С ЗАДАННЫМ СПЕКТРОМ(57) Изобретение относится к вычислителной технике и может быть применено ь- в вРь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР различных технических системах, исполь. зующих случайные воздействия с требуемыми спектральными свойствами, например. в качестве устройства для формирования возбуждающего воздействия в автоматизированной системе управления виброиспытаниями. Целью изобретения является уменьшение аппаратурных затрат. Для этого в устройство, в соответствии со знаковым методом формирования, введены накапливающий сумматор 5, преобразователь 4 прямого кода в обратный, блок 6 синхронизации, блок 3 задания весовых коэффициентов спектра и блок 2 вычисления коэффициента преобразования спектра.з. и. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использованов различных технических системах, использующих случайные процессы, например вкачестве устройства для формирования возбуждающего воздействия в автоматизированной системе управления виброиспытаниями.Цель изобретения - сокращение аппаратурных затрат.На фиг, 1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -структурная схема блока вычисления коэффициента преобразования спектра.Устройство содержит генератор 1 первичного шума, блок 2 вычисления коэффициента преобразования спектра, блок 3 задания весовых коэффициентов спектра, п 1)еобразователь 4 прямого кода в обратный,накапливающий сумматор 5 и блок 6 синхро; низации. В состав блока 2 вычисления коэффициента преобразования спектра входят8-разрядные счетчики 7 и 8, блоки 9 и 10памяти, элементы И 11 и 12, сумматор 13по модулю два,. триггер 14, элементы ИЛИ 15,НЕ 16 иИ 17,Устройство функционирует следующимобразом.Перед началом работы в блок 3 задания весовых коэффициентов спектра заносится массив значений весовой функцииформирующего фильтра. Бесовая функцияформирующего фильтра получается обычнов результате применения алгоритма обратного преобразования Фурье к частотной характеристике формирующего фильтра. Пустьдлина весовой функции составляет 511 отсчетов (Лг=511). Параметры генерируемогослучайного процесса определяются периодомкв антования Т, последовательности у(п) .В силу симметрии весовой функции й(гг)в блоке 3 целесообразно хранить толькопервые (%+1) /2 отсчетов й(гг), т.е. в рассматриваемом случае емкость блока 3 составляет 256 слов.Пусть, например, ячейка блока 3 содержит 6 разрядов (о=16), а весовые коэффициенты, поступающие с внешнего устройства, промасштабированы таким образом,что они занимают только часть разрядной сетки. Процедура масштабирования основана на том, чтобы сумма модулей весовых коэффициентов не привела к переполнению накапливающего сумматора 5.Кроме этого, в старшем цифровом разрядекода весовых коэффициентов с номерамип=0,254 записана единица, а в старшем цифровом разряде отсчета й(й) с номером и==255 хранится нуль.Необходимость этой операции вызванаспецификой обработки отсчета весовой функции й(п) с номером гг=255, который является центром симметрии весовой функции, иосуществляется на внешнем устройстве передзаписью весовых коэффициентов в блок 3. Выражение для вычисления линейной свертки в удобной для реализации форме (с учетом симметрии весовой функции) следующее;5ОФ-Эау(гг)=Х й(т)х(М - 1 - т+гг)+х(т+а,11+(1)10где гг=0,1,2,Устройство работает циклически. Циклработы заключается в выработке одноговыходного отсчета у(а). После записи отсчетов весовой функции й(гг), п=0,(Ф - 1)/215 в блок 3 устройство переводится в режимгенерации. В блоке 2 вычисления коэффициента преобразования спектра хранятся Мпредыдущих отсчетов знаковой последовательности х(гг), поступивших с выхода генератора 1 первичного шума, Цикл работыустройства начинается со считывания отсчета й(0) из блока 3 и выдачи его на вход преобразователя 4. Одновременно с этим в блоке 2 анализируются отсчеты знаковой последовательности х(0) и х(М - 1). Если указан 25 пые отсчеты знаковой последовательностиимеют знак плюс (напряжение логическогонуля), то перед суммированием в сумматоре 5 отсчет й(0) необходимо удвоить, если х(0) и х(М - 1) имеют знак минус (на.пряжение логической единицы), то й (О)З 0 также необходимо удвоить и изменить егознак на противоположный, а при разныхзнаках х(0) и х(Ф - 1) отсчет й(0) участияв суммировании не принимает. Предположим, что информация в устройстве обрабатывается и хранится в обратном коде.З 5 В преобразователе 4 осуществляются преобразование кода весового коэффициентай(0) в соответствии с признаком, формируемым в блоке 2, и удвоение весовогокоэффициента. Результат работы этого бло 4 О ка поступает в накапливающий сумматор 5.На этом заканчивается первый такт работы устройства. После этого из блока 3считывается отсчет й (1), а в блоке 2 анализируются отсчеты х(1) и х(Лг - 2), и всеуказанные действия повторяются. После 25645 тактов работы устройства в накапливающем сумматоре 5 формируется выходной отсчет у(0).На этом заканчивается цикл работы устройства. После этого в блоке 2 отсчетызнаковой последовательности х(и) сдвигают 5 О ся на один разряд вправо и на освободившееся место записывается новый отсчетс выхода генератора 1 первичного шума.Начинается новый цикл работы устройства.Перед началом работы устройства в счет 55чик 7 записывается нулевая комбинация,а в счетчик 8 - единичная комбинация. Тактовый сигнал У, поступает на входпрямого счета счетчика 7, а й- - на входобратного счета счетчика 8, Под действиемсигналов Уи У,осуществляется управление чтением - записью в соответствующих блоках оперативной памяти. Если указанные сигналы имеют низкий потенциал, то происходит запись информации, при наличии высокого потенциала осуществляется чтение информации. Под действием сигнала У, происходит запись информации в триггер 14. На вторых входах элементов И 11 и 12 в течение первых 255 тактов поддерживается высокий потенциал, и только на последнем такте на указанных входах появляется низкий потенциал в соответствии с логикой работы устройства. Пусть к некоторому моменту времени на выходах блоков 9 и 10 установились низкие потенциалы напряжения (ссютветствующие отсчеты знаковой последовательности имеют знак плюс). На выходе элемента ИЛИ 5 имеется низкий потенциал, что исключает выполнение операции преобразования кода весового коэффициента в преобразователе 4. В случае наличия высокого уровня напряжения на выходах блоков 9 и 10 на выходе элемента ИЛИ 15 находится высокий потенциал, и в преобразователе 4 происходит инверсия всех разрядов соответствующего весового коэффициента Ип).В обоих случаях в триггер 14 с приходом сигнала У,записывается логическая единица (высокий уровень напряжения), что обеспечивает прохождение сигнала У, через элемент И7, Этим сигналом разрешается суммирование соответствующего удвоенного отсчета Ип) с содержимым накапливающего сумматора 5. В случае, если на выходах блоков 9 и 10 оказываются разные уровни напряжения (отсчеты знаковой последовательности имеют противоположные знаки), то на входе элемента И 17 присутствует потенциал логического нуля, блокируя прохождение сигнала К , Суммирование в сумматоре 5 не производится. На последнем (256-м) такте работы устройства на вторых входах элементов И 11 и 12 появляется потенциал логического нуля, что связано со спецификой обработки весового коэффициента й(М - 1)2 (знак этого коэффициента определяется только отсчетом знаковой последовательности х(М - 1)2, который находится по последнему считываемому адресу в блоке 9), чем обеспечивается безусловное прохождение сигнала У на второй вход блока 5. Устройство обладает высоким быстродействием, просто по техническому исполнению. Сокращение аппаратурных затрат обусловлено как знаковым способом. формирования, так и использованием эффективных технических решений при реализации отдельных блоков устройства в соответствии с выражением ( ) . Предлагаемое устройство характеризуется меньшими аппаратурными затратами по сравнению с известным иФормула изобретения 40 45 50 второго блока памяти, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два и с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого является информационным выходом блока, второй синхронизирующий вход которого является тактовым входом второго счетчика, выход которого соединен с адресным входом второго блока памяти, выход первого 10 15 20 25 30 35 позволяет с высоким качеством формиро. вать случайный процесс с заданным спектром. 1: Цифровое устройство для формирования случайных процессов с заданным спектром, содержащее генератор первичного шума, отличающееся тем, что, с целью уменьшения аппаратурных затрат, оно содержит накапливающий сумматор, блок синхронизации, преобразователь прямого кода в обратный, блок задания весовых коэффициен- . тов спектра и блок вычисления коэффициента преобразования спектра, причем выход младших разрядов блока задания весовых коэффициентов спектра соединен с информационным входом преобразоватопрямого кода в обратньш, информационный выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора, вход запрета суммирования котсрого соединен с выходом окончания вычислений блока вычисления коэффициента преобразования спектра, вход разрешения вычислений которого соединен с выходом старшего разряда блока задания весовых коэффициентов спектра, вход запуска устройства является входом зауска генератор ервчного шума, информационный выход которого соединен с информационным входом блока вычисления коэффициента преобразования спектра, информационный выход ко орого соединен с входом разрешения реобразования преобразователя прямого кода в обратный, выход накапливающсго сум.,;.т- ра является информационным выходом устройства, семь синхронизирующих входов б, н- ка вычислений коэффициентов преобразования спектра соединены с соответствующими. выходами блока синхронизации. 2. Устройство по п. 1, от.тчающсеся тем, что блок вычисления коэффициента реобразования спектра состоит из двух счетчиков, двух блоков памяти, трех элементов И, триггера, элемента НЕ, элемента ИЛ И и сумматора по модулю два, причем первый синхронизирующий вход блока является тактовым входом первого счетчика, выход которого соединен с адресным входом ервого блока памяти, выход которого соедш ен с первыми входами первого элемента И и элемента ИЛИ и с информационным входом1594529 Е Ьес 0 а блока 1 (Рхдд Составитель Д. ФеликсонРедактор И. Горная Техред Л. Кравчук Корректор Л. ПилипенкоЗаказ 2830 Тираж 565 ПодписноеВНИИПИ Государственного комите" а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, МоскваЖ 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 01 элемента И соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого через элемент НЕ соединен с информационным входом триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента НЕ, выход которого является выходом окончания вычислений блока, информационным входом которого является информационный вход первого блока памяти, второй вход второго элемента И является входом разрешения вычислений блока, третий синхронизирующий вход которого является вторым входом первого элемента И, тактовый вход триггера является четвертым синхронизирующим входом блока, пятый синхронизирующий вход которого является вторым входом третьего элемента И, шестой и седьмой синхронизирующие входы блока являются входами записи в считыван первого и второго блоков памяти соответственно.