Цифровое устройство для формирования случайных процессов с заданным спектром

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в различных технических системах, использующих 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. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4425771/24-24 (22) 05.04.88 (46) 23.09.90. Бюл. № 35 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) В. С. Демашов, В. П. Кузнецов, А. М. Никитин и И. К. Тиханович (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1109748, кл. G 06 F 7/58, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1027723, кл. G 06 F 7/58, 1981.. (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОР.

МИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ С ЗАДАННЫМ СПЕКТРОМ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в

„,SU,», 1594529 A 1 (51)5 G 06 F 7/58

2 различных технических системах, использующих 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. l 3. п. ф-лы, 2 ил.

1594529

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в различных технических системах, использующих случайные процессы, например в качестве устройства для формирования всзбуждающего воздействия в автоматизированной системе управления виброиспытаниями.

Цель изобретения — сокращение аппаратурных затрат.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— структурная схема блока вычисления коэффициента преобразования спектра.

Устройство содержит генератор 1 первичного шума, блок 2 вычисления коэффи циента преобразования спектра, блок 3 задания весовых коэффициентов спектра, пре: образователь 4 прямого кода в обратный, накапливающий сумматор 5 и блок 6 синхро;низации. В состав блока 2 вычисления коэффициента преобразования спектра входят

8-разрядные счетчики 7 и 8, блоки 9 и 10 памяти, элементы И 11 и 12, сумматор 13 по модулю два,. триггер 14, элементы ИЛИ 15, НЕ 16и И 17.

Устройство функционирует следующим образом.

Перед началом работы в блок 3 задания весовых коэффициентов спектра занос ится м асс ив значений весовой функции формирующего фильтра. Бесовая функция формирующего фильтра получается обычно в результате применения алгоритма обратного преобразования Фурье к частотной характеристике формирующего фильтра. Пусть длина весовой функции составляет 511 от. счетов (Л =511). Параметры генерируемого случайного процесса определяются периодом квантования T последовательности у(п).

В силу симметрии весовой функции h(n) в блоке 3 целесообразно хранить только первые (%+1) /2 отсчетов й(n), т.е. в рассматриваемом случае емкость блока 3 с0ставляет 256 слов.

Пусть, например, ячейка блока 3 содержит 16 разрядов (b=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 разряде кода весовых коэффициентов с номерами п=0,254 записана единица, а в старшем цифровом разряде отсчета h(h) с номером n=

=255 хранится нуль.

Необходимость этой операции вызвана спецификой обработки отсчета весовой функции h(n) с номером n=255, который является центром симметрии весовой функции, и осуществляется на внешнем устройстве перед записью весовых коэффициентов в блок 3.

Выражение для вычисления линейной свертки в удобной для реализации форме (с учетом симметрии весовой функции) следующее:

5 9à

g(e)=Z h(m)(x(N — 1 — т+n)+x(m+n)j+

+ 2х(+ n), (2 ) М вЂ” 1 (1) 0 где n=0,1,2....

Устройство работает циклически. Цикл работы заключается в выработке одного выходного отсчета у(а) . После записи отсчетов весовой функции h(n), п=0,(Ф вЂ” 1)/2

15 в блок 3 устройство переводится в режим генерации. В блоке 2 вычисления коэффициента преобразования спектра хранятся М предыдущих отсчетов знаковой последовательности x(n), поступивших с выхода генератора 1 первичного шума. Цикл работы устройства начинается со считывания отсчета h(0) из блока 3 и выдачи его на вход преобразователя 4. Одновременно с этим в блоке 2 анализируются отсчеты знаковой последовательности x(0) и x(N — 1). Если указан25 цые отсчеты знаковой последовательности имеют знак плюс (напряжение логического нуля), то перед суммированием в сумматоре 5 отсчет h(0} необходимо удвоить, если х(0) и x(N — 1) имеют знак минус (напряжение логической единицы), то h (0)

З0 также необходимо удвоить и изменить его знак на противоположный, а при разных знаках х(0) и x(N — 1) отсчет 1(0) участия в суммировании не принимает. Предположим, что информация в устройстве обрабатывается и хранится в обратном коде.

В преобразователе 4 осуществляются преобразование кода весового коэффициента й(0) в соответствии с признаком, формируемым в блоке 2, и удвоение весового коэффициента. Результат работы этого бло4о ка поступает в накапливающий сумматор 5.

На этом заканчивается первый такт работы устройства. После этого из блока 3 считывается отсчет h(1), а в блоке 2 анализируются отсчеты х(1) и x(N — 2), и все указанные действия повторяются. После 256

45 тактов работы устройства в накапливающем сумматоре 5 формируется выходной отсчет у(0).

На этом заканчивается цикл работы устройства. После этого в блоке 2 отсчеты знаковой последовательности x(n) сдвигают5О ся на один разряд вправо и на освободившееся место записывается новый отсчет с выхода генератора 1 первичного шума.

Начинается новый цикл работы устройства.

Перед началом работы устройства в счет55 чик 7 записывается нулевая комбинация, а в счетчик 8 — единичная комбинация. Тактовый сигнал У, „поступает на вход прямого счета счетчика 7, а Ь.- — на вход обратного счета счетчика 8. Под действием

1594529 сигналов У и 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 h(n).

В обоих случаях в триггер 14 с приходом сигнала У, записывается логическая единица (высокий уровень напряжения), что обеспечивает прохождение сигнала У через элемент И 7. Этим сигналом разрешается суммирование соответствующего удвоенного отсчета h(n) 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 У;. 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 вЂ” l)t2) (знак этого коэффициента определяется только отсчетом знаковой последовательности x((N — 1)j2), 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 (1). Предлагаемое устройство характеризуется меньшими аппарат урными затратами по сравнению с известным и

Формула изобретения

5о второго блока памяти, выход которого соед»»нен 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

35 позволяет с высоким качеством формировать 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 е информационным входом преобразовато l>» прямого кода в обратньш, информационный выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора, вход запрета суммирования которого 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 зе«»уска генератора «ерв«чного шума, информационный выход которого соединен с информационным входом блока вычисления коэффициента преобразог,ания спектра, информау»онный выход»»о»орого соединен с входом разрешения «реобразования преобразователя прямого кода в обратный. выход накапл»»вающсго сум.,ll!т;»ра является информационным выходом ге;ройства, семь синхронизирующих входов блока вычислений коэффициентов преобразования спектра соединены с соответствую»цим»: выходами блока синхронизации.

2. Устройство по п. 1. отличаю»це»л:я тем, что блок вычисления коэффициента Ilpc образования 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 соеx»»»»e« с первыми входами первого элемента И и элемента ИЛИ и с информационным входом

1594529

C 1ытба блока 1 (Уход)) Составитель Д. Феликсон

Редактор И. Горная Техред A. Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2830 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комите" а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 элемента И соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого через элемент НЕ соединен с информационным входом триггера, выход которого соединен с первйм 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 разрещения 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 †считыван первого и второго блоков памяти соответственно.