一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路制造技术

本发明专利技术提出了一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，包括电压控制模块、突触神经元模块和延时模块，电压控制模块的输入端与输入信号相连接，电压控制模块的电压输出端分别与突触神经元模块的输入端和延时模块的电压输入端相连接；延时模块的输入端与输入信号相连接，延时模块的反馈信号输出端分别与延时模块和电压控制模块的反馈信号输入端相连接，延时模块的输出端与突触神经元模块的输入端相连接；突触神经元模块的反馈信号输出端与电压控制模块的反馈信号输入端相连接，突触神经元模块的控制信号输入端与输入信号相连接。本发明专利技术具有学习功能，并且学习速率是可变的，具有三种遗忘过程和延时学习功能，与实际情况更加接近。

【技术实现步骤摘要】
一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路
本专利技术属于模数电路的
，尤其涉及一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，基于巴普洛夫联想记忆神经网络的思想实现。
技术介绍
2008年美国惠普实验室首次制作出了忆阻的实物，其成果发表在《自然》杂志上。忆阻具有天然的非易失性记忆功能和良好的开关特性，在非易失性存储器技术、可重构信号处理电路、人工神经网络、保密通信、模拟电路、人工智能计算机、生物行为模拟等领域具有巨大的应用潜力。人工神经网络的研究工作自二十世纪初开始，几经沉浮。20世纪80年代，反向传播算法被用于训练多层感知器，使神经网络重新焕发生机。2006年深度学习概念的提出把神经网络的研究推向了新高潮。联想记忆是动物神经网络中普遍存在的一种本能。如果两种刺激频繁同时出现，一段时间之后，两个刺激之间就产生了联系。巴甫洛夫联想记忆实验说明的就是这个现象。实验一开始，只给狗铃声刺激，狗不会分泌唾液，只给狗食物，狗会分泌唾液。同时把食物刺激和铃声刺激施加给狗，重复几次之后，只给狗铃声刺激也会引起分泌唾液的反应。狗学习的过程其实就是生物神经网络中突触强度不断变化的过程。由于忆阻的阻值可变性和非易失性非常类似于神经网络中的突触特性，并且忆阻的可集成度非常高，运行速度也非常快，所以用硬件的方式实现电子式的人工神经网络成为了当前研究的一个热点。许多学者提出了各种不同的基于忆阻的巴普洛夫联想记忆的神经网络电路。但是之前的神经网络电路要么只有速率恒定的学习过程，要么只具有一种简单的遗忘过程，此外所有的电路都要求食物信号和铃声信号同时出现时，才能产生学习过程。这些都与现有的生活经验不是特别相符合。本专利技术所公开的可灵活配置的忆阻神经网络解决了这些缺点。
技术实现思路
针对现有的神经网络电路学习过程速率恒定，只具有一种简单的遗忘过程的技术问题，本专利技术提出一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，具有可变速率的学习功能和三种遗忘功能。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，包括电压控制模块、突触神经元模块和延时模块，电压控制模块的输入端与输入信号相连接，电压控制模块的电压输出端分别与突触神经元模块的输入端和延时模块的电压输入端相连接；延时模块的输入端与输入信号相连接，延时模块的反馈信号输出端分别与延时模块和电压控制模块的反馈信号输入端相连接，延时模块的输出端与突触神经元模块的输入端相连接；突触神经元模块的反馈信号输出端与电压控制模块的反馈信号输入端相连接，突触神经元模块的控制信号输入端与输入信号相连接。所述电压控制模块包括两个信号输入端、两个反馈信号输入端和三个电压输出端，电压控制模块的两个信号输入端分别与两个外部的输入信号相连接；所述突触神经元模块包括两个输入端、一个输出端、一个控制信号输入端和一个反馈信号输出端，突触神经元模块的两个输入端分别与电压控制模块的两个电压输出端相连接，突触神经元模块的反馈信号输出端与电压控制模块中的一个反馈信号输入端相连接，突触神经元模块的控制信号输入端直接与其中一个输入信号相连接，突触神经元模块的输出端输出激活电压；所述延时模块包括两个信号输入端、一个反馈信号输入端、一个反馈信号输出端、一个电压输入端和一个输出端，延时模块的两个信号输入端分别接收两个外部的输入信号，延时模块的反馈信号输入端与自身的反馈信号输出端相连接、并连接于电压控制模块的另一个反馈信号输入端，延时模块的电压输入端与电压控制电路的一个电压输出端相连接，延时模块的输出端与突触神经元模块的一个输入端及电压控制电路的一个电压输出端共同连接。所述电压控制模块包括逻辑控制单元L1、逻辑控制单元L2、逻辑控制单元L3、第一压控单元、第二压控单元、第三压控单元和电压极性调节单元，输入信号N1、输入信号N2和延时模块的反馈信号输出端输出的反馈信号F2均与逻辑控制单元L1、逻辑控制单元L2和逻辑控制单元L3的输入端相连接，逻辑控制单元L1的输出端与第一压控单元的输入端相连接，突触神经元模块输出的反馈信号F1与第二压控单元的输入端相连接，第一压控单元和第二压控单元的输出端均与电压求和单元SUM2相连接，电压求和单元SUM2与忆阻M2相连接，忆阻M2与负反馈放大电路I相连接，负反馈放大电路I的输出端和逻辑控制单元L2的输出端均与电压极性调节单元连接，电压极性调节单元输出控制电压U4；逻辑控制单元L3和第三压控单元相连接，第三压控单元输出控制电压U5；输入信号N1直接输出控制电压U6。所述负反馈放大电路I包括忆阻M2电阻R5和运算放大器OP3，电阻R5和运算放大器OP3的反相输入端均与忆阻M2的p极相连接，电阻R5与运算放大器OP3的输出端相连接，运算放大器OP3的同相输入端接地；所述电压极性调节单元包括非门D7、第四压控单元、第五压控单元和绝对值单元ABS1，第四压控单元包括压控开关S4，第五压控单元包括压控开关S5，运算放大器OP3的输出端分别与绝对值单元ABS1的输入端和压控开关S4的一个触点相连接，绝对值单元ABS1的输出端与压控开关S5的一个触点相连接，逻辑控制单元L2分别与非门D7和压控开关S5的正向输入端相连接，非门D7与压控开关S4的正向输入端相连接，压控开关S4和压控开关S5的负向输入端均接地，压控开关S4的另一触点和压控开关S5的另一触点相连并输出控制电压U4。所述第一压控单元包括压控开关S1、电源V2和电阻R3，压控开关S1的正向输入端与逻辑控制单元L1的输出端相连接，电源V2的正极和电阻R3分别与压控开关S1的两个触点相连接，电阻R3的另一端与电源V2的负极相连接，电源V2的负极和压控开关S1的负向输入端接地，与电阻R3相连接的压控开关S1的触点与电压求和单元SUM2的一个输入端相连接；所述第二压控单元包括压控开关S2、电源V3和电阻R4，反馈信号F1与压控开关S2的正向输入端相连接，电源V3的正极与压控开关S2的一个触点相连接，电源V3的负极和压控开关S2的负向输入端接地，压控开关S2的另一触点分别与电压求和单元SUM2的另一输入端和电阻R4相连接，电阻R4和电源V3的负极相连接；所述第三压控单元包括压控开关S3和电源V4，压控开关S3的正向输入端与逻辑控制单元L3的输出端相连接，电源V4的负极与压控开关S1的一个触点相连接，压控开关S3的负向输入端和电源V2的正极接地，压控开关S3的另一触点输出控制电压U5。所述逻辑控制单元L1包括与门D2和或门D3，输入信号N1和反馈信号F2分别与与门D2的两个输入端相连接，与门D2的输出端和输入信号N2分别与或门D3的两个输入端相连接，或门D3的输出端与第一压控单元的压控开关S1的正向输入端相连接；所述逻辑控制单元L2包括与门D4、与门D5和或门D6，输入信号N1和输入信号N2分别与与门D4的两个输入端相连接，输入信号N1和反馈信号F2分别与与门D5的两个输入端相连接，与门D4和与门D5的输出端分别与或门D6的输入端相连接，或门D6的输出端分别与电压极性调节单元的非门D7和压控开关S5的正向输入端相连接；所述逻辑控制单元L3包括非门D8、非门D9、非门D10、与门D11、与门D12和或门D13，输入信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，其特征在于，包括电压控制模块、突触神经元模块和延时模块，电压控制模块的输入端与输入信号相连接，电压控制模块的电压输出端分别与突触神经元模块的输入端和延时模块的电压输入端相连接；延时模块的输入端与输入信号相连接，延时模块的反馈信号输出端分别与延时模块和电压控制模块的反馈信号输入端相连接，延时模块的输出端与突触神经元模块的输入端相连接；突触神经元模块的反馈信号输出端与电压控制模块的反馈信号输入端相连接，突触神经元模块的控制信号输入端与输入信号相连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，其特征在于，包括电压控制模块、突触神经元模块和延时模块，电压控制模块的输入端与输入信号相连接，电压控制模块的电压输出端分别与突触神经元模块的输入端和延时模块的电压输入端相连接；延时模块的输入端与输入信号相连接，延时模块的反馈信号输出端分别与延时模块和电压控制模块的反馈信号输入端相连接，延时模块的输出端与突触神经元模块的输入端相连接；突触神经元模块的反馈信号输出端与电压控制模块的反馈信号输入端相连接，突触神经元模块的控制信号输入端与输入信号相连接。2.根据权利要求1所述的具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，其特征在于，所述电压控制模块包括两个信号输入端、两个反馈信号输入端和三个电压输出端，电压控制模块的两个信号输入端分别与两个外部的输入信号相连接；所述突触神经元模块包括两个输入端、一个输出端、一个控制信号输入端和一个反馈信号输出端，突触神经元模块的两个输入端分别与电压控制模块的两个电压输出端相连接，突触神经元模块的反馈信号输出端与电压控制模块中的一个反馈信号输入端相连接，突触神经元模块的控制信号输入端直接与其中一个输入信号相连接，突触神经元模块的输出端输出激活电压；所述延时模块包括两个信号输入端、一个反馈信号输入端、一个反馈信号输出端、一个电压输入端和一个输出端，延时模块的两个信号输入端分别接收两个外部的输入信号，延时模块的反馈信号输入端与自身的反馈信号输出端相连接、并连接于电压控制模块的另一个反馈信号输入端，延时模块的电压输入端与电压控制电路的一个电压输出端相连接，延时模块的输出端与突触神经元模块的一个输入端及电压控制电路的一个电压输出端共同连接。3.根据权利要求2所述的具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，其特征在于，所述电压控制模块包括逻辑控制单元L1、逻辑控制单元L2、逻辑控制单元L3、第一压控单元、第二压控单元、第三压控单元和电压极性调节单元，输入信号N1、输入信号N2和延时模块的反馈信号输出端输出的反馈信号F2均与逻辑控制单元L1、逻辑控制单元L2和逻辑控制单元L3的输入端相连接，逻辑控制单元L1的输出端与第一压控单元的输入端相连接，突触神经元模块输出的反馈信号F1与第二压控单元的输入端相连接，第一压控单元和第二压控单元的输出端均与电压求和单元SUM2相连接，电压求和单元SUM2与忆阻M2相连接，忆阻M2与负反馈放大电路I相连接，负反馈放大电路I的输出端和逻辑控制单元L2的输出端均与电压极性调节单元连接，电压极性调节单元输出控制电压U4；逻辑控制单元L3和第三压控单元相连接，第三压控单元输出控制电压U5；输入信号N1直接输出控制电压U6。4.根据权利要求3所述的具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，其特征在于，所述负反馈放大电路I包括忆阻M2、电阻R5和运算放大器OP3，电阻R5和运算放大器OP3的反相输入端均与忆阻M2的p极相连接，电阻R5与运算放大器OP3的输出端相连接，运算放大器OP3的同相输入端接地；所述电压极性调节单元包括非门D7、第四压控单元、第五压控单元和绝对值单元ABS1，第四压控单元包括压控开关S4，第五压控单元包括压控开关S5，运算放大器OP3的输出端分别与绝对值单元ABS1的输入端和压控开关S4的一个触点相连接，绝对值单元ABS1的输出端与压控开关S5的一个触点相连接，逻辑控制单元L2分别与非门D7和压控开关S5的正向输入端相连接，非门D7与压控开关S4的正向输入端相连接，压控开关S4和压控开关S5的负向输入端均接地，压控开关S4的另一触点和压控开关S5的另一触点相连并输出控制电压U4。5.根据权利要求3或4所述的具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，其特征在于，所述第一压控单元包括压控开关S1、电源V2和电阻R3，压控开关S1的正向输入端与逻辑控制单元L1的输出端相连接，电源V2的正极和电阻R3分别与压控开关S1的两个触点相连接，电阻R3的另一端与电源V2的负极相连接，电源V2的负极和压控开关S1的负向输入端接地，与电阻R3相连接的压控开关S1的触点与电压求和单元SUM2的一个输入端相连接；所述第二压控单元包括压控开关S2、电源V3和电阻R4，反馈信号F1与压控开关S2的正向输入端相连接，电源V3的正极与压控开关S2的一个触点相连接，电源V3的负极和压控开关S2的负向输入端接地，压控开关S2的另一触点分别与电压求和单元SUM2的另一输入端和电阻R4相连接，电阻R4和电源V3的负极相连接；所述第三压控单元包括压控开关S3和电源V4，压控开关S3的正向输入端与逻辑控制单元L3的输出端相连接，电源V4的负极与压控开关S3的一个触点相连接，压控开关S3的负向输入端和电源V2的正极接地，压控开关S3的另一触点输出控制电压U5。6.根据权利要求3或4所述的具有延时学习功能的忆阻联想记忆神经网络电路，其特征在于，所述逻辑控制单元L1包括与门D2和或门D3，输入信号N1和反馈信号F2分别与与门D2的两个输入端相连接，与门D2的输出端和输入信号N2分别与或门D3的两个输入端相连接，或门D3的输出端与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军伟，王英聪，王延峰，韩高勇，赵星童，姜素霞，黄春，方洁，刘鹏，刘娜，邓玮，余培照，周林涛，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41