Генератор псевдослучайных временных интервалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 11962934(51 М.Кл з с присоединением заявки Мо С 06 Р 7/58 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 300 Я 82.Бюллетень М 36 Дата опубликования описания 30. 09. 82(72) Автор изобретения В. С. Ватраченко 71) Заявитель ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ агаемомух временИзобретение 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 1.Недостатком устройства является его сложность.Наиболее близкйм к предлявляется генератор случайны ных интервалов, содержащий низкочастоный и высокочастотный генераторы,разрешающий триггер и последовательносоединенные элементы ИЛИ, счетчик импульсов и элемент И, первый вход которого соединен с выходом переполнения счетчика импульсов, второйс единичным выходом разрешающего триггера, а выход соединен с нулевым входом разрешающего триггера, вход высокочастотного генератора соединенс нулевым, а низкочастотного - с единичным выходами разрешающего триггера, при этом выходы обоих генераторов соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, а единичный входразрешающего триггера является запускающим входом устройства 2.Случайный характер длительности формируемых временных интерваловобусловлен случайной величиной задержки в поступлении запускающего сигна-ла после завершения формирования предыдущего временного интервала, В связи с этим устройству присущи такиенедостатки, как необходимость Формирования случайного потока запускающих сигналов, что предполагает наличие еще одного генератора случайных О временных интервалов помимо рассмат 962934Риваемого, .низкое быстродействие устройства обусловленное тем, что для формирования случайного значения кода, запоминаемого в счетчике, необходима значительная временная задержка между моментом завершения формирова ния временного интервала и поступле=. кием очередного запускающего сигнала, гарантирующая равномерный закон рас- пределения згачений запоминаемого кода за счет многократного переполнения,О счетчика, а также невозможность работы генератора при постоянной частоте следования запускающих сигналов, так какформирование 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). 30Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и стабилизация параметров закона распределения слу.чайных значений длительности временных интервалов, 35Поставленная цель достигается тем, что генератор псевдослучайных временных интервалов, содержащий генератор импульсов, первый триггер, элемент ,ИЛИ, выход которого соединен с входом 4 О 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 5 О элемента И, второй вход которого яв" ляется входом "Пуск" генератора, а выход второго элемента И соединен с един чными входами первого и второгоггеров, 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 которОгоделится на постоянные коэффициенты,обеспечивающие требуемое соотношениечастот всех трех последовательностей,а запуск устройства производится попризнаку 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 задержкив поступлении запускающего сигналане влияет на длительность формируемого временного интервала, то быстродействие устройства может быть повышено путем уменьшения этой задержки.Максимальное быстродействие устройства обеспечивается при использованиив качестве запускающего сигнала признака готовности, формируемого схемойиндикации готовности. При этом частота следования случайных временныхинтервалов составляет- частота высокочастотного генератора;М 1, М 2 - коэффициенты деленияпервого 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 - Р,при условииФормирование трех потоков сигналов от одного генератора решает проблему поддержания заданного соотношения частот следования сигналов и позволяет упростить управление устройством - изменение 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.коээффициентов деления М 1 и М 2, удовлетворяющих следующим условиямМ 1: 2 к + 1М 2 = 2" +Я 2,5где 1 - любое целое нечетное положительное число, а И 2 = 3.Отыскивание пар значений И 1 и И 2,удовлетворяющих условию формированиязначений кодов К в виде псевдослучайных последовательностей максимальной,10 длины (от К = О до Е- = 2 - 1), проводится на математической модели устройства, реализованной на ЭВМ ЕС,Моделируется работа устройства дляпостоянных начальных значений кода15 К = Ко, причем фиксируются только тепары значений величин И 1 и М 2, прикоторых значение кода К = К формируются устройством после имитации 2"последовательных запусков. Отбраковы;И ваются пары значений величин И 1 и И 2,для которых это условие не выполняется, а также в тех случаях, когда одинаковые значения кода К формируютсяподряд.В результате анализа работы моделивыявлено, что значения кодов К в виде последовательностей максимальнойдлины формируются устройством приК = 5, б, 7, 8 для указанных выше парзначений И 1 и М 2,Для обеспечения максимального быстродействия устройства целесообразноиз этих пар выбрать значения Ы 1 и И 2по критерию минимума их суммы.Новые элементы, введенные в составЗ 5. устройства, относительно просто реализуются на современных цифровыхинтегральных микросхемах. Делителичастоты строятся на базе двоичныхсчетчиков с дешифраторами, обеспечи 40 вающими заданный коээфициент деления.Схема индикации готовности при форми -ровании запускающих сигналов оператором выполняется, например в виде индикационной лампы, а при автоматичес 45 ком запуске реализуется по любой известной схеме генератора одиночных,импульсов.Ф1Макет устройства изготовлен намикросхемах серии 155 и успешно прошел опытную проверку, в лабораторныхусловиях. При разрядности счетчикаК = 7, частота Рзг = 5 МГц и значении величин Ы 1 = 3, Х 2 = 1 устройствопозволяет формировать псевдослучайныевременные интервалы с частотой следования запускающих сигналов Г,с295,8 Гц. Значения длительностейвременных интервалов составляетК 26,2 мкс и равномерно распределены60 от 0 до 3,3 мс.Результаты опытной проверки предт = К М 1/Г- Триггер 5 устанавливается, в нулевое состояние после того как через элемент И 2 с момента запуска пройдет М 1 хМ 2 импульсов,при этом включается блок б 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 к,формированию следующего временного интервала.Равновероятные значения интервала С зц обеспечиваются выбором значений Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов,первый элемент И 2, первый 3 и второй 4 делители частоты, триггер 5и блок б индикации, а также последовательно соединенные второй элементИ 7, триггер 8, третий элемент И 9,элемент ИЛИ 10 и счетчик 11 импульсов, кроме того, четвертый элементИ 12, первый вход которого соединенс выходом первого элемента И 2, второй -. с нулевым выходом триггера 8,а выход - со вторым входом элементаИЛИ 10 Второй вход первого элементаИ 2 соединен с единичным выходомтриггера 5. Второй вход второго элемента И 7 является запускающим входом генератора, а выход соединен сединичным входом триггера 5. Второйвход третьего элемента И 9 соединенс выходом первого делителя 3 частоты,Выход счетчика 11 соединен с нулевымвходом триггера 8Выходом генератора является единичный выход триггера 8КоэФфициенты деления первого 3 ивторого 4 делителей частоты соответственно равны М 1 и М 2. Счетчик 11двоичный, разрядный,Генератор работает следующим образом.При поступлении запускающего сигнала (фиг. 2, эпюраО) триггеры 5 и 8 устанавливаются в единичное состояние (эпюрыи 8 соответственно). В 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 счетчикаК11 поступают импульсы с делителя 3 частоты через элементы И 9 и ИЛИ 10 (эпюра) . Частота следования этих импульсов в М 1 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 подтвердилиследующие его преимущества по сравнению с известным, а именно болеевысокую стабильность параметров зако 962934формула изобретения на распределения случайных значенийдлИтельности временных интервалов,формируеЯях устройством (закон распределения длительностей равномерный,параметры закона не зависят от времени прихода запускающих сигналовпосле срабатывания схемы индикацииготовности устройства и повторномузапуску), кроме того, более высокоебыстродействи(максимально достижимое для устройств данного класса) заочет использования признака готовности в качестве запускающего сигнала,а также упрощение управления устройством и его настройки за счет изменения верхней границы диапазона значений длительностей временных интерваловпутем перестройки частоты высокочастотного генератора. 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 Ичерез первый и второй делители частоты соединен с нулевым входом второго триггера, нулевой выход которого соединен с входом блока индикациии с первым входом второго элемента И,второй вход которого является входом"Пуск" генератора, а выход второго10 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 15 вым входом элемента ИЛИ, выход первого элемента И соединен с первымвходом четвертого элемента И, выходкоторого соединен с вторым входомэлемента ИЛИ, выход счетчика соеди 20 нен с нулевым входом первого триггера, единичный выход которого является выходом генератора и соединен свторым входом третьего элемента И,а нулевой выход первого триггера25 соединен с вторым входом четвертогоэлемента И.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1Авторское свидетельство СССРР 718840, кл. 6 06 Р 7/58, 1978.2. Патент СОВ М 3521171,кл. 328-129, 1970 (прототип).962934 ректор Н. Король ктор Ю. илиал ППП фПатент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 Составитель А. Карасода ТехредТ.фанта з 7514/69 Тираж 731 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб