Генератор равномерно распределенныхслучайных интервалов времени

Союз Советских Социалнстических Респубпнк(22) Заявлено 19,07.79 (21) 2799724/18-24 (5 М С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ Мо(23) Приоритет С 06 Р 1/02С 07 С 15/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 07. 07. 81(72) Авторы изобретения В,М, Глушань и Л.И. Щербаков Таганрогский радиотехнический институт им. В,Д, Калмыкова(71) Заявитель 154) 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 импульсов, а выход - с одним из входов спускового устройства, другой вход которого соединен с шиной питания 11.Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет получать импульсы со случайной равно- вероятной длительностью.Известно также устройство для Формирования равновероятных временных 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 1.21.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, вы 845154ход которого соединен со вторым вхо-дом элемента ИЛИ. Другой вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, а выход - с 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 15 вторым входом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго триггера 3 .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 распределенных 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 ПИ 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- О 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, вы- Я 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 треть" его 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.Сущность изобретения основанана том, что плотность распределения вероятностеи длительности интервала между импульсом периодическойпоследовательности (или импульсомопроса) и пуассоновским импульсом,при условии попадания в этот периодический интервал только одного пуассоновского импульса равномерна, атакже на том, что выходной импульсодновременно является и импульсомопроса,Для этого используются три генератора тактовых импульса, два изкоторых работают в старт-стопномрежиме, а третий . - автоколебательном независимо от двух первых,Всетри генератора имеют одинаковуючастоту повторения импульсов. 1 риэтом два первых генератора запускаются импульсами пуассоновскогопотока в случайные моменты времени.Спустя один период собственной частоты следования импульсов послезапуска каждый из них подключаетсяк 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 уст-ройства импульс пуассоновского потокане вырабатывается, то ни один изпервых двух генераторов тактовых импульсов не будет запущен, что приведет к срыву генерации всего устройства.Для предотвращения этого в такихслучаях к выходу устройства подключается третий генератор тактовыхимпульсов, Его импульсы, так же каки импульсы двух первых тактовых генераторов, будут смещены относительнолюбого выходного импульса на случайный равновероятный интервал времени.Как только импульс пуассоновскогопотока появится, он запускает-одиниз двух тактовых генераторов, работающих в старт-стопном режиме, нона выход устройства пройдет ещеодин импульс с третьего генератора,а затем импульс с этого запущенногогенератора,На фиг.1 приведена структурнаясхема генератора, на фиг,2 - временные диаграммы в соответствуюихточках; поясняющие принцип его работы; на фиг. 3 - вариант схемы блоков управления,Генератор содержит генератор пуассоновского потока импульсов 1, генератор тактовых импульсов , блокиуправления 3 и 4, генератор тактовых импульсов 5, элементы И 3 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, элемент И 18,элемент задержки 19, элемент И 20,триггер 21, элемент задержки 22 иэлемент ИЛИ 23,Блок управления содержит элементИЛИ 24, элемент НЕ 25, триггеры26,27, элемент И 28, ключ 29 и элемент задержки 30Выход генератора 1 соединен совходом "Старт" блоков управления .3и 4, а также со вторым входом элемента И 20 и первым входом элементаИ 14. Выходы блоков управления 3 и4 соединены со входами генераторов2 и 5 соответственно. Выход ген Га 15 тора 2 соединен с первым вхь 1 дэлемента И б, второй вход которогосоединен с одним из выходов счетного триггера 10 и входом "Стоп" блока управления 3. Выход генератора20 5 соединен со вторым. входом элемента И 7, первый вход которого соединен с одним из выходов триггера 10и входом "Стоп" блока управления 4,Выходы элементов И б и 7 соединенысо входами элемента ИЛИ 8, которыйчерез элемент задержки 9 соединенсо входом триггера 10, с первымвходом элемента ИЛИ 23 и являетсятакже выходом всего устройства.Выход генератора 11 соединен спервым входом элемента И 12, выходкоторого соединен с одним из входовэлемента ИЛИ 8, с первым входомэлемента И 18 и через элемент ИЛИ23 со входом 5-триггера 13 и совторым входом элемента И 16, первыйвход которого соединен с выходомтриггера 13, а выход - со входом5 триггера 17. Олин из выходовтриггера 17 соединен со вторым вхо 40 дом элемента И 12 и с первым входом элемента И 20, .а другои - совторым входом элемента И 14, Выход элемента И 14 соединен с первым входом элемента ИЛИ 15, выход45 которого соединен со входом 1-триггера 13. Выход элемента И 20 соединен со входом 5-триггера 21, выходкоторого соединен со вторым входомэлемента И 18. Выход элемента И 18соединен со вторым входом элементаИЛИ 15, со входом К-,триггера 17 ичерез элемент задержки 19 со входом к-триггера 21,Вход элемента задержки 30 соединен с первым входом элемента И 28и входом 5-триггера 27 и являетсявходом "Старт" блока управления.Один вход элемента ИЛИ 27 соединенсо входом элемента НЕ 25 и являетсявходом "Стоп" блока управления.втоЯ рой вход элемента ИЛИ 24 соединенс выходом элемента задержки 30,Выход элемента ИЛИ 24 соединен совходом 5 триггера 26, вход К которого соединенсо входом к-тригге 5 ра 27 и выходом элемента НЕ 25.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, 15 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 влияетна 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 генератора тактовых 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), Импульсы на выходе уст.ройства помечены цифрами (диаграмма С), расположенными ниже порядкового номера импульса и соответствуют номеру того генератора тактовых импульсов, который их выдал на выход устройства. 60Первый 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 осуществит срыв генерации генератора 5 и подготовит его к запуску случайным пуассоновским импульсом. На вход "Стоп" блока 3 и один из входов элемента И б 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 б 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 Р) 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 Э ) 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 выходагенератора 5, поскольку он был запущен б-м пуассоновским импульсом,а элемент И 7 открыт единичным потенциалом с выхода триггера 10(диаграмма Е), Седьмой выходной импульс перебросит триггер 10 и темсамым осуществит срыв генерации генератора 5, Так как за интервал времени между б-м и 7-м выходными импульсами не появился импульс пуассоновского потока, то элемент И 1610открыт единичным потенциаломс триггера 13, и 7-й выходной импульс переведет триггер 17 в единичное состояние (диаграмма 2 ). Седьмойпуассоновский импульс запускает генератор 5 и через открытый элемент 15И 20 переводит триггер 21 в единичное состояние, Так как элемент И 12открыт единичным потенциалом с триггера 17, то на выход пройдет 5-йимпульс с генератора 11 (8-й выходнои импульс на диаграмме 0), Этотимпульс осуществит сброс в исходноесостояние триггеров 13,17,21 и пройдя через элемент задержки 22 и элемент ИЛИ 23, вновь переведет триггер 2513 в единичное состояние. Девятыйпуассоновскии импульс запустит генератор 2 (5-й импульс на диаграммеВ) и сбросит в нулевое состояниетриггер 13 (диаграмма Н), Девятымимпульсом на выходе окажется 7-й импульс с генератора 5 (диаграмма О),и в дальнейшем процесс генерирования будет продолжаться аналогичнопроцессу, описанному выше,35Оба блока управления 3 и 4 функционируют одинаково. Суть их работысостоит в следующем. Поступающий нулево 1 потенциал на вход "Стоп" инвертиРуется элементом 25 НЕ и переводит:триггеры 26,27 в нулевое состояние. 40В результате элемент И 28 открывается единичным потенциалом с нулевоговыхода триггера 26, а ключ 29 закорачивает вход соответствующего генератоРа тактовых импульсов на землю 45и тем самым срывает его колебания.Импульс гуассоновского потока, поступающий на вход "Старт", переводиттриггер 27 в единичное состояние, врезультате чего вход соответствующего 50генератора тактовых импульсов отключается от шины "земля", а пуассоновский импульс через открытый элемент И 28 и ключ 29 проходит навход 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 пуассоновские импульсы, поступающие на вход"Старт" до прихода очередного сигнала на вход "Стопф, не проходят навход соответствующего генератора тактовых импульсов,В предлагаемом устройстве методическая погрешность генерирования равновероятных временных интервалов сведена к нулю. Кроме того, устройство не содержит многоразрядных цифровых узлов, поэтому, несмотря на кажущуюся сложность функционирования, оно достаточно просто.Формула изобретения1. Генератор равномерно распределенных случайных интервалов времени, содержащий первый и второйтриггеры, первыи и второй элементы И, первый элемент ИЛИ, генераторпуассоновского 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 котооого 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 - со 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 соединенс 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 е первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого элелента И, с третьим входом первого элементаИЛИ и через второй элемент задержкисо вторым входом второго элементаИЛИ, выход которого соединен с единичным входом третьеГо триггера ис первым входом пятого элемента И,выход которого соединен с единичнымвходом четвертого триггера, единичныи выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, анулевой выход четвертого триггерасоединен с первым входом шестогоэлемента И, выход генератора пуассоновского,потока импульсов соединенсо вторым входом шестого и первымвходом седьмого элементов И, выходкоторого соединен с единичным входом второго триггера, выход которогосоединен со вторым входом четвертогоэлемента И, выход которого соединенс нулевым входом четвертого триггера, с первым входом третьего элемента ИЛИ, и через третий элементзадержки с нулевым входом второготригГера, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом шестогоэлемента И, а выход третьего элемента ИЛИ соединен с нулевым входомтретьего триггера, выход которогосоединен со Вторым входом пятогоэлемента И, единичный выход четвертого триггера соединен со вторымвходом седьмого элемента И. 2. Генератор по п.1, о т л ич а ю щ и, й с я тем, что каждыйблок управления содержит ключ, элемент И, первый и второй триггеры,элемент ИЛИ, элемент НЕ и элементзадержки, вход которого объединенс первым входом элемента И, с нулевым входом второго триггера и является входом - "Старт" блока, вход"Стоп" которого соединен с первымвходом элемента ИЛИ и через элементНЕ соединен с единичным входом триггеров, выход элемента задержки соединен со вторым входом элемента ИЛИ,выход которого соединен с нулевымвходом первого триггера, выход кото 15 рого соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен спервым входом ключа, второй входкоторого соединен с выходом второготриггера, а выход ключа являетсяЩ выходом блока,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 327590 кл, Н 03 К2. Авторское свидетельство СССРР 4,63962, кл. С 06 Г 1/02, 1973.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2699857, кл. С 06 Г 1/02,1978 (прототип),845154 К вКорректор Л. Иван Редакто тех Заказ 4168/4 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная ВНИИпо113035 Рю Р оставитель ехред 3.ираж 745 , Подписное осударственного комитета СССР лам изобретений и открытий сква, Б, Раушская наб., д. 4/