Датчик случайных кодов

 

O Il N C А H И IE (щ922737

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсниэ

Социапистичесннк

Республик (51) Дополнительное в авт.свна-ву— (22) Заявлено 21. 04. 80 (21) 2913819/18-24 с присоеаинеиием заявви №(5l ) lVL. Кл.

G 06.F 7/58

9еударааввй нанвтет

CCCP ав ewe юввретае11 в впуытвв (23) Приоритет

Ф

Опубликовано 23. 04. 82 Бюллетень №15 (53) УДК 681. .325(088.8) Дата опублнковання описания 25. 04. 82 (72) Автор изобретения

Е.И. Бугрим (7I) Заявитель (54) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ КОДОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при математическом модеЛировании сетей связи, систем управления, в системах формирования ключевых кодов, устройствах формирования специальных сигналов, в составе автоматизированных систем управления.

9 укяй4ннцх областях возникает необходимоеть формирования всех возможных случайных кодов, содержащих m позиций, на ровно и из которых распо-. лагаются 1 а на остальных m-п, - "О"

В практике моделирования процес сов, представляемых такими кодами, часто встречаются случаи, когда недопустимо появление подряд более пр единиц или более пр нулей, К таким процессам относятся, например, известные М-последовательности и другие типы псевдослучайных Последовательностей. Такие коды моделируют источник некоторых средств с ограниченными возможностями непрерывного их формирования.

Известен датчик случайных кодов, обеспечивающий получение последовательности кодов, содержащих m позиций, на и иэ которых располагаются

"единицы" путем преобразования двоичного кода в циклический с постоянным числом и "единиц" из m.

Случайные коды, содержащие m позиций, на и из которых находятся "единицы", могут быть получены, если на вход этого устройства подключить датчик случайных равновероятных . кодов (1).

Недостатком датчика является невысокое быстродействие и невозможность формирования кодов с ограниченным числом встречающихся подряд "единиц".

Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик случайных кодов с повышенным быстродействием, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которо40

3 9227 го соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый и второй вычитатели, первый и второй сумматоры, делитель, компаратор, элемент И-НЕ, 5 блок сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход ключа соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом делителя, а выход блока сравнения соединен с пеовым входом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с первым входом сумматора, первый выход которого че20 рез компаратор соединен с первым входом первого сумматора и с вторым входом второго сумматора, второй выход которого через второй вычислитель соединен с вторым входом делителя, 25 первый вход которого через йервый вычитатель соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента И-НЕ, являющимся первым выходом датчика, Зо выход компаратора является вторым выходом датчика.

Датчик позволяет формировать всевозможные случайные в-позиционные коды с постоянным числом и "единиц"(21

Однако данный датчик не позволяет формировать коды с дополнительным заданным свойством формирования кодов с ограниченным числом следующих подряд "единиц".

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика благодаря обеспечению формирования всевозможных случайных кодов, содердащих ровно и единиц и не содержащих подряд более заданного числа "единиц",45 путем введения дополнительной отрицательной обратной связи по числу непрерывно следующих "единиц", определяющей условную вероятность их появления. 50

Для достижения поставленной цели в датчик случайных кодов, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных 55 случайных напряжений, первый и второй вычитатели, первый и второй сум- маторы, первый делитель, компаратор, 37

4 элемент И-НЕ„первый блок сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход ключа соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого делителя, первый вход которого через первый вычитатель соединен с выходом первого сумматора, а второй вход первого делителя через второй вычитатель соединен с первым выходом второго сумматора, второй выход которого через компаратор =оединен с первым входом первого сумматора и с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, введены второй блок сравнения, элемент ИЛИ, третий сумматор, второй делитель и умножитель, первый вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй вход умножителя соединен с выходом первого делителя, а выход умножителя соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход второго блока сравнения соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход элемента ИЛИ соединен с входом сброса третьего сумматора .и с вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с счетным входом третьего сумматора и является информационным выходом датчика, выход компаратора является синхронизирующим. выходом датчика.

На чертеже приведена блок-схема датчика случайных кодов.

Датчик содержит генератор 1 так- товых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора 2 равномерно распределенных случайных напряжений, первый блок 3 сравнения, первый сумматор 4, выход которого через первый вычитатель 5 соединен с первым входом первого делителя б, выход которого соединен с первым входом первого блока 3 сравнения, второй сумматор 7, второй выход которого через второй вычитатель 8 соединен

5 9227 с вторым входом первого делителя 6, а первый выход второго сумматора 7 через компаратор. 9 соединен со своим вторым входом и с первь;м входом первого сумматора 4, первый выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с первым входом ключа 10 и вторым входом элемента И-HE ll, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 4, второй блок 12 сравнения, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 13, третий сумматор 14, выход которого через второй делитель 15 соединен с первым входом умножйтеля 16, s îðoé вход которого соединен с выходом первого делителя 6, а выход умножителя

16 соединен с первым входом второго блока 12 сравнения, выход элемента

И-НЕ 11 соединен с вторым входом .тре- о . тьего сумматора 14, выход первого блока 3 сравнения соединен с пеовым входом элемента ИЛИ 13, выход которого соединен с первыми входами we- мента И-НЕ 11 и гретьего сумматора

14, второй выход генератора 1 соединен с первым входом второго сумматора 7. Выход генератора 2 соединен с вторым входом ключа 10, выход которого соединен с вторыми входами пеового блока 3 сравнения и второго блока 12 сравнения.

Датчик работает следующим образом. .-В исходном состоянии в вычитателе

5 в качестве уменьшаемого устанавли35 вается число и, соответствующее общему числу "единиц" в результирующих случайных m-позиционных. кодах, в вычитателе 8 — число m, соответствующее числу позиций результирующего кода, в делителе 15 в качестве делителя устанавливается число пр, соответствующее разрешенному числу следующих подряд "единиц". В компараторе 9 устанавливается число m, Сумматоры 4, 7 и 14. сброшены в "0"."

В таком исходном состоянии на.делителе 6 формируется напряжение а, пропорциональное -, которое подаети

50 ся на первый .вход .блока 3. Это напряжение составляет — -ю часть от напряжения запирания, соответствующего

6=1, при котором через блок 3 не могут проходить никакие сигналы с генератора 2. Величина — является б 55 вероятностью появления "единицы" на первой позиции результирующего кода.

37 6

В блоке 12 сравнения пороговым напряжением является величина Ф, где f-- †; n - количество реализо51) вавшихся подряд ".единиц"; и р - максимально разрешенное количество следующих подряд "единиц".

Через блок 12 могут проходить с генератора 2 только сигналы с амплитудои 0

В исходном состоянии, вследствие равенства п =0, величина а =О, и через блок 12 не могут проходить никакие сигналы с генератора 2 (равенство af=0 .является условием запи" рания блока 12).

При поступлении каждого тактового импульса с генератора 1 тактовых импульсов на ключ 10 последний открывается и пропускает с генератора 2 сигнал со случайно" амплитудой U, распределенной равновероятностно на интервале 0-1. Этот сигнал с выхода ключа 10 подается на вторые входы блоков 12 и 3 сравнения.

При превышении установленного порогового напряжения а, подаваемого на первый вход блока 3 с выхода делителя 6 (т.е. при U>c), сигнал с выхода блока 3 поступает на первый вход элемента ИЛИ 13. На.второй вход элемента .ИЛИ 1.3 поступает сигнал с блока 12 в случае, если U

"единицы", если хотя бы на один из входов поступают сигналы с блоков

3 и 12, и "нули", — если сигналы не поступают ни на первый, ни на второй его входы. С выхода элемента ИЛИ 13 сигнал поступает на первый вход элемента И-НЕ 11, который выполняет роль блока формирования нормированных импульсов. Элемент И-НЕ 11 формирует "ноль", если одновременно с тактовым импульсом, поступающим на второй вход элемента И-НЕ 11 с генератора 1 тактовых импульсов, на первый вход этого элемента поступает

"единица" с выхода элемента ИЛИ 13, и "единицу" если с элемента ИЛИ 13 поступает "ноль".

"Единицы" и "нули" на выходе эле- . мента И-HE 11 образуют требуемую случайную последовательность (код).

Дополнительным условием, ограничивающим количество следующих подряд "единиц" является равенство п †-п, при котором f=l, и на выходе элемента

ИЛИ 13 однозначно появляются "единица", так как на один из входов

737 8 окончания очередного выходного кода.

Этим сигналом сбрасываются в "ноль" сумматоры 4 и 7 и синхронизируются результирующие коды на выходе датчика, Таким образом, символы выходных последовательностей (кодов) - "единицы" и "нули" формируются с тактовой частотой генератора 1 тактовых импульсов, а выходные (результирующие) коды - с периодом, равным m тактам, причем в .результирующих кодах обеспечивается дополнительное условие расположения подряд не более и в "единиц". Длину случайных выходных кодов, количество "единиц" в них и максимально возможное количество следующих подряд "единиц" можно изменять путем изменения констант

m, n и пр, соответственно.

В датчике возможно использование цифровых генераторов случайных чисел, равновероятностных в интервале О- 1, в качестве блока 2. Тогда соответственно. блоки 3, 5, 6, 8, 15, 16 и

12 формируют цифровые выходные сигналы.

Предлагаемый датчик случайных кодов обладает большими функциональными возможностями по сравнению с известным и, следовательно, может более широко использоваться в соста- . ве моделирующих комплексов, систем управления и контрольно-испытательной аппаратуры.

7 922 элемента ИЛИ 13 однозначно поступает сигнал или с блока 3 при U) 4.», или с блока 13 при U(a. "Единица" на выходе элемента ИЛИ 13 является сигналом сброса сумматора 14.

Таким образом, условная вероят" ность P появления "единицы" на выходе датчика пропорциональна разности п а-с1Г=ц(1-t ) =a (l ) ° пр 0

Импульсы с выхода элемента И-НЕ 11 одновременно подаются на второй вход сумматора 4, в котором формируется суммарный сиг,.ал п, являющийся суммой сформированных в данном коде " 5

"единиц", и на второй вход сумматора 14, в котором формируется сигнал

"п ", являющийся суммой следующих подряд "единиц", С выхода сумматора

4 сигнал "и„" подается на вход вычи" 20 тателя 5, который формирует напряжение, пропорциональное (n"n ) константы и и суммы реализовавшихся "единиц" и.

Импульсы с выхода генератора 1 25 тактовых подаются также на вход сумматора 7, в котором формируется сум-. ма тактовых импульсов N . С первого выхода сумматора 7 сигнал поступает на вход вычитателя 8, который форми-. 50 рует напряжение, пропорциональное разности (m-йт) константы m и суммы тактовых импульсов К . Выходные сиг-. налы с вычитателей 5 и 8 поступают на первый и второй входы делителя 6

35 на выходе которого формируется напряжение a„ пропорциональное отношению

П-П1 с выхода делителя 6 это на" - т пряжение подается на первый вход бло- 0 ка 3.

С выхода сумматора 14 сигнал "n " подается на вход делителя 15, на вы";

% ходе которого формируется сигнал нт"

Ъ пропорциональный отношению и

nn „45 далее этот сигнал подается на первый вход умножителя 16, на. второй вход которого подается напряжение а с выхода делителя б, На выходе умножителя 16 образуется напряжение пропоре

У 50 циональное произведению at, которов подается на первый вход блока 13.

C второго выхода сумматора 7 сигнал поступает на компаратор 9, выход которого соединен с входами сброса на

"ноль" сумматоров 4 и 7 и с входом синхронизации результирующих кодов. .В случае осуществления равейства и в компаратор 9 формирует сигнал

Формула изобретения

Датчик случайных кодов, содержа щий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый и вюрой юцчм*дтвли, первФ и второй сумматоры, первый. делитель, компаратор, элемент И-НЕ, первый блок сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом гене" ратора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход ключа соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которо-. го соединен с выходом первого делителя, первый вход которого через первый вычитатель соединен с выходом первого сумматора, а второй вход

ВНИИПИ Заказ 2 82/64 Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

92273 первого делителя через второй вычитатель соединен с первым выходом второго сумматора, второй выход которого через компаратор соединен с первым входом первого сумматора и с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход которого соединен с ïåðвым входом элемента И-НЕ, выход кото- о рого соединен с вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика за счет ограничения числа "единиц" в коде, IS он содержит, второй блок сравнения, элемент ИЛИ, третий сумматор, второй делитель и умножитель, первый вход которого через второй делитель соединен с выходом третьего сумматора, о второй вход умножителя соединен с выходом первого делителя, а выход ум7 10 ножителя соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходо ключа, а выход второго блока сравнения соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход элемента ИЛИ соединен с входом сброса третьего сумматора и с вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен со счетным входом третьего сумматора и является информационным выходом датчика, выход компаратора является синхронизирующим выходом датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1, 404078, кл. G 06 F 5/02, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке и 2802815/18-24; кл. 6 Об Г 1/02, 1979 (прототип).