Реверсивный двоичный счетчик

 

Использование: изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в электронных устройствах, где необходимо осуществлять операции прямого и обратного счета импульсов и учитывать при этом знак результата. Сущность изобретения: реверсивный двоичный счетчик содержит счетный вход 1, две управляющие шины 2,3, шину опроса 4, триггер знака 5, триггер-указатель кода 6, триггер реверса 7, два формирователя 8,9 импульсов обращения, два дополнительных элемента ИЛИ 10,11, элемент И опроса 12 и три счетных разряда 13,14,15, каждый из которых состоит из элементов: И, ИЛИ и счетного триггера. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в электронных устройствах специального и общего назначения для прямого и обратного счета импульсов, учитывая при этом знак результата.

Известно устройство для счета импульсов [1] содержащее реверсивный счетчик, триггер, элемент И, три элемента ИЛИ, два элемента задержки, шину "Входная последовательность", шины (сложения и вычитания) управления реверсом, шину начальной установки, шину управления прямым кодом, шину управления обратным кодом. Данное устройство для счета импульсов может осуществлять суммирование и вычитание импульсов, поступающих на счетный вход, в зависимости от сигналов на шинах управления реверсом, учитывая при этом знак результата.

Недостатком устройства является его сложность, обусловленная наличием триггера и трех комбинационных элементов в каждом разряде реверсивного счетчика, имеющего счетный вход и две шины реверса и использованного в устройстве для счета импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому является реверсивный счетчик [2] содержащий счетные триггеры, элементы И, ИЛИ, управляющие шины сложения и вычитания, шину опроса, счетный вход, триггер реверса, триггер-указатель кода и формирователь импульсов обращения.

Недостатком этого счетчика является его низкое быстродействие, обусловленное тем, что наибольшее время установки в режиме прямого или обратного счета равно сумме времен задержек всех элементов И, ИЛИ счетных разрядов и времени переключения всех счетных триггеров.

Целью изобретения является повышение быстродействия счетчика, а также надежности его функционирования путем исключения возможности непрерывного наличия сигнала на входе формирователя импульсов обращения.

Поставленная цель достигается тем, что в реверсивный двоичный счетчик, содержащий счетный вход, управляющие шины сложения и вычитания, шину опроса, триггер знака, триггер указатель кода, триггер реверса, соединенный входами установки в единичное и нулевое состояния с управляющими шинами вычитания и сложения соответственно, формирователь импульсов обращения, первый и второй дополнительные элементы ИЛИ, элемент И опроса, соединенный входами с шиной опроса и выходом триггера указателя кода, а выходом с первым входом первого дополнительного элемента ИЛИ, и счетные разряды, каждый из которых содержит элемент И, элемент ИЛИ и счетный триггер, соединенный счетным входом с выходом элемента ИЛИ, а выходом с первым входом элемента И своего разряда, причем выход элемента И каждого счетного разряда, кроме самого старшего, соединен с первым входом элемента ИЛИ последующего разряда, выход элемента И самого старшего счетного разряда соединен со счетным входом триггера знака, с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, а также с первым входом элемента ИЛИ самого младшего счетного разряда, второй вход которого соединен со счетным выходом счетчика, а выход второго дополнительного элемента ИЛИ соединен со счетным входом триггера указателя кода, введен дополнительный формирователь импульсов обращения, и остальные связи выполнены иначе.

Отличие заявленного реверсивного двоичного счетчика от прототипа состоит в том, что прямой и инверсный выходы триггера реверса соединены со входами формирователей импульсов обращения, выходы которых соединены с вторым и третьим входами дополнительного элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым входом второго дополнительного элемента ИЛИ и с вторыми входами элементов ИЛИ всех счетных разрядов, а счетный вход счетчика соединен с вторым входом элемента И самого младшего счетного разряда, выход элемента И каждого счетного разряда, кроме самого старшего, соединен с вторым входом элемента И последующего разряда.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "новизна".

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с другими техническими решениями, реализующими построение счетчиков данного типа, не позволил выявить в них признаки, являющиеся в предлагаемом решении отличительными по сравнению с прототипом и служащие той же цели. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Возможность получения положительного эффекта подтверждена экспериментально и обусловлена наличием в промышленном производстве разнообразной элементной базы, имеющей триггеры со счетным входом, RS-или JK-триггеры, элементы И, ИЛИ, и дискретные радиоэлементы, позволяющие реализовать простые схемы формирователей импульсов обращения.

Особенностями предлагаемого реверсивного двоичного счетчика являются: 1) использование счетных триггеров, переключающихся по заднему фронту импульсов, поступающих на их счетчные входы; 2) использование формирователей импульсов обращения, формирующих импульc на выходе по заднему фронту входного сигнала; 3) использование двухвходовых элементов И; 4) использование двух- и трехвходовых элементов ИЛИ; 5) необходимость устанавливать и переключать режим работы счетчика путем подачи сигнала на управляющие шины сложения и вычитания до поступления импульсов на его счетный вход для исключения сбоев счетчика; 6) необходимость подавать сигнал на шину опроса для считывания результатов счета в прямом коде.

На чертеже представлена функциональная схема трехразрядного реверсивного двоичного счетчика.

Реверсивный двоичный счетчик содержит счетный вход 1, управляющие шины сложения 2 и вычитания 3, шину опроса 4, триггер знака 5, триггер указатель кода 6, триггер реверса 7, два формирователя 8, 9 импульсов обращения, дополнительные элементы ИЛИ 10, 11, элемент И опроса 12, три счетных разряда 13.15, каждый из которых содержит счетный триггер 13.1 (14.1, 15.1), элемент И 13.2 (14.2, 15,2) и элемент ИЛИ 13.3 (14.3, 15.3).

Триггер реверса 7 своим R-входом соединен с управляющей шиной сложения 2, S-входом с управляющей шиной вычитания 3, а выходами с входами формирователей 8, 9 импульсов обращения, выходы которых соединены с вторым и третьим входами первого дополнительного элемента ИЛИ 10. Выход элемента И опроса 12, соединенного с входами с прямым выходом триггера указателя кода 6 и шиной опроса 4, соединен с первым входом первого дополнительного элемента ИЛИ 10, выход которого соединен со вторым входом второго дополнительного элемента ИЛИ 11, вторыми входами элементов ИЛИ 14.3, 15.3 и третьим входом элемента ИЛИ 13,3. Счетный вход 1 соединен с вторыми входами элементов И 13,2, ИЛИ 13.3, первый вход последнего совместно со счетным входом триггера знака 5 и первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ 11 соединен со счетным входом элемента И 15.2, выход второго дополнительного элемента ИЛИ 11 cоединен cо cчетным входом триггера указателя кода 6. Счетные входы триггеров 13.1, 14.1, 15.1 соединены с выходами элементов ИЛИ 13.3, 14.3, 15.3 соответственно, а прямые выходы этих триггеров с первыми входами элементов И 13.2, 14.2, 15.2 соответственно. Выход элемента И 13.2 соединен с первым входом элемента ИЛИ 14.3 и вторым входом элемента И 14.2, а выход элемента И 13.2 с первым входом элемента ИЛИ 15.3 и вторым входом элемента И 15.2.

Реверсивный двоичный счетчик работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчика все триггеры установлены в "0". Для приведения в исходное состояние необходимо установить счетчик в режим прямого счета подачей сигнала на управляющую шину сложения 2, при этом устанавливается в "0" триггер реверса 7. Затем производится установка в нулевое состояние остальных триггеров подачей сигнала на их установочные R-входы по шине "Обнуление" (показана пунктирной линией).

Перед приходом на вход 1 первого счетного импульса подается сигнал управления прямым или обратным счетом на шину 2 или 3 (после установки счетчика в исходное состояние для осуществления режима прямого счета сигнала на шину 2 может не подаваться).

Если сигнал подан на шину 2, счетчик работает в режиме прямого счета, при этом состояние ни одного из триггеров не меняется, в счетчике записано число 000, триггер знака и триггер указатель кода находятся в нулевых состояниях. С приходом каждого счетного импульса на вход 1 счетчик будет увеличивать свое состояние на единицу. Так, например, с приходом пяти счетных импульсов в счетчике будет записано 101, триггер знака 5 при этом будет иметь нулевое состояние, что соответствует положительному числу. Триггер указатель кода 6 также находится в нулевом состоянии, соответствующем прямому коду, элемент И опроса 12 закрыт нулевым сигналом с его прямого выхода, поэтому поступление сигнала по шине опроса 4 не изменит состояние триггеров в счетчике.

Для выполнения обратного счета перед поступлением последовательности вычитаемых импульсов на счетный вход 1 необходимо подать сигнал на управляющую шину вычитания 3. При этом триггер реверса 7 переключится в единичное состояние, по заднему фронту сигнала на его инверсном выходе формирователь 9 импульса обращения cформирует импульс обращения, который поступит через элементы ИЛИ 10, 11, 13.3, 14.3, 15.3 на счетные входы триггеров 13.1, 14.1, 15.1 и триггера реверса 7, переключив их при этом в противоположные состояния. Если результат счета был 101, то после переключения режима счета с прямого на обратный в счетчике будет записано 010. С поступлением последовательности импульсов на счетный вход 1 число импульсов будет суммироваться с обратным кодом ранее накопленного в счетчике результата. Так, например, с приходом трех счетных импульсов в счетчике будет записано 101, триггер знака 5 будет находиться в единичном, а триггер указатель кода 6 в нулевом состоянии.

Для получения результата в прямом коде подается импульс опроса по шине 4, который через открытый единичным сигналом с выхода триггера указателя кода 6 элемент И опроса 12 и элементы ИЛИ 10, 13.3, 14,3, 15,3 поступает в счетные входы триггеров 13.1, 14.1, 15.1, переключая их в противоположные состояния. Результат счета составит, таким образом, 010. Нулевое состояние триггера знака 5 соответствует положительному числу.

Аналогичным образом будет осуществляться процесс счета и с отрицательными числами, с тем отличием, что триггер указатель кода 6 будет переключаться не только сигналами с управляющих шин 2, 3, но и в результате перехода состояния счетчика из области отрицательных чисел в область положительных и наоборот. Переключение бу-дет осуществляться при поступлении оче- редного счетного импульса, если счетчик на- ходился в соcтоянии 111 (обратный код нуля) через второй дополнительный элемент ИЛИ 11.

Технико-экономический эффект от изобретения обусловлен повышением быстродействия счетчика. Для прототипа время установки счетчика, определяемое суммарной задержкой последовательной передачи информации со счетного входа до старшего разряда счетчика, выражается формулой: t_{уст.макс}=N˙ (t_И+t_ИЛИ+t_T)+t_ИЛИ+t_T+ τ_и где N количество счетных разрядов.

t_И время задержки элемента И, t_ИЛИ время задержки элемента ИЛИ,
t_Т время переключения счетного триггера,
τ_и длительность счетного импульса.

Для предлагаемого реверсивного двоичного счетчика время установки выражается формулой:
t_{уст.макс}=N˙ t_И + 2 ˙ t_ИЛИ+2˙ t_Т + τ_и.

Как следует из приведенных формул, время установки предлагаемого счетчика по сравнению с прототипом меньше на величину
(N-1) ˙ (t_ИЛИ+t_Т).

Таким образом, при тех же функциональных возможностях, что и у прототипа, предлагаемый счетчик характеризуется меньшим временем установки, что позволяет уменьшить временные паузы для переключения режимов счета, увеличить частоту следования счетных импульсов при параллельном считывании информации с разрядов счетчика.

Формула изобретения

РЕВЕРСИВНЫЙ ДВОИЧНЫЙ СЧЕТЧИК, содержащий счетный вход, управляющие шины сложения и вычитания, шину опроса, триггер знака, триггер-указатель кода, триггер реверса, соединенный своими входами установки в единичное и в нулевое состояние с управляющими шинами вычитания и сложения соответственно, формирователь импульсов обращения, первый и второй дополнительные элементы ИЛИ, элемент И опроса, соединенный своими входами с выходом триггера указателя кода и с шиной пороса, а выходом с первым входом первого дополнительного элемента ИЛИ, и счетные разряды, каждый из которых содержит элемент И, элемент ИЛИ и счетный триггер, соединенный своим счетным входом с выходом элемента ИЛИ, а выходом с первым входом элемента И своего разряда, причем выход элемента И каждого счетного разряда, кроме самого старшего, соединен с первым входом элемента ИЛИ последующего разряда, выход элемента И самого старшего счетного разряда соединен со счетным входом триггера знака, с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ и с первым входом элемента ИЛИ самого младшего счетного разряда, второй вход которого соединен со счетным входом счетчика, а выход второго дополнительного элемента ИЛИ соединен со счетным входом триггера указателя кода, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности функционирования счетчика, в его состав введен дополнительный формирователь импульсов обращения, прямой и инверсный выходы триггера реверса соединены с входами формирователей импульсов обращения, выходы которых соединены с вторыми и третьими входами дополнительного элемента ИЛИ, соединенного своим выходом с вторым входом второго дополнительного элемента ИЛИ и с вторыми входами элементов ИЛИ всех счетных разрядов, а счетный вход счетчика соединен с вторым входом элемента И самого младшего счетного разряда, выход элемента И каждого счетного разряда, кроме самого старшего, соединен с вторым входом элемента И каждого последующего разряда.

РИСУНКИ

Рисунок 1