Последовательный реверсивный двоичный счетчик импульсов

 

Изобретение относится к автоматике и импульсной технике и может найти применение в системах управления, контроля, измерения, устройствах связи и других устройствах различных отраслей техники. Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможности, а именно в исключении разрушения выходного двоичного кода при отключении источника питания и реализации реверсивного режима работы. Последовательный реверсивный двоичный счетчик импульсов содержит последовательный наращиваемый ряд идентичных бистабильных ячеек-ферридов (модулей), у которого выходы предыдущих ячеек соединены с входами последующих через коммутационные ячейки. Каждая ячейка содержит элемент памяти с двумя обмотками и герконы. На выходе устройства формируется двоичный код подсчитанных импульсов, не разрушаемый при отключении источника питания. Счетчик позволяет суммировать и вычитать подсчитываемые импульсы. 4 ил.

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники и может найти применение в системах управления, контроля, измерения, устройствах связи и других устройствах различных отраслей техники.

Известно устройство [1], содержащее несколько последовательно включенных ячеек (модулей), реализованных на ферридах. Устройство позволяет подсчитывать импульсы в двоичном коде Джонсона.

К недостаткам такого устройства следует отнести малую емкость счетчика и невозможность получения реверсивного режима работы.

Известно также устройство [2] , содержащее несколько последовательно включенных ячеек (модулей), каждая из которых представляет собой один разряд арифметического двоичного кода, и схему управления реверсом работы счетчика.

К недостаткам такого устройства следует отнести разрушение выходного двоичного кода при отключении источника питания.

В качестве прототипа принято устройство [2].

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, а именно исключение разрушения выходного двоичного кода при отключении источника питания и реализация реверсивного режима работы.

Поставленная цель достигается тем, что счетчик образован последовательно включенными ячейками (модулями), реализованными на ферридах-триггерах. Выход предыдущих ячеек с последующими осуществляется посредством ячеек коммутатора, реализованных на ферридах, которые в свою очередь управляются единым управляющим ферридом, задающим суммирующий или вычитающий режим работы счетчика.

На фиг. 1 приведена схема ячейки счетчика; на фиг. 2 - схема ячейки коммутатора; на фиг. 3 - схема управляющего феррида; на фиг. 4 - структура последовательного реверсивного двоичного счетчика импульсов.

Последовательный реверсивный двоичный счетчик импульсов содержит последовательный наращиваемый ряд ячеек (модулей) счетчика, последовательный ряд ячеек (модулей) коммутатора и феррид, управляющий ячейками коммутатора.

Ячейка счетчика (фиг. 1) представляет собой бистабильную ячейку и содержит четыре входа R, S^{^}, C, (+) и два выхода Q и . Первый элемент памяти 1 в виде скобы из реманентного материала снабжен первой 2 и второй 3 встречно включенными управляющими обмотками, концы которых соединены с отрицательной шиной источника питания. Первый замыкающий 4 и второй переключающий 5 герконы установлены своими контакт-деталями совмещенно к торцам элемента памяти 1. На герконы установлена общая третья управляющая обмотка 6, включенная встречно первой управляющей обмотке 2. Начало третьей обмотки соединено через первый диод 7 с началом первой обмотки 2, а также непосредственно со счетным входом C ячейки для подключения источника управляющих сигналов и контакт-деталью 8 первого замыкающего геркона 4, вторая контакт-деталь 9 которого соединена через второй диод 10 с началом второй обмотки 3. Переключающая контакт-деталь 11 второго переключающего геркона 5 соединена с входом (+) для подключения плюса источника питания, замыкающая контакт-деталь 12 соединена с прямым выходом Q, а размыкающая 13 - с инверсным выходом бистабильной ячейки. Два выхода R и S предназначены для установки устройства в исходное состояние. Выход S соединен через третий диод 14 с началом первой обмотки 2, а вход R - через четвертый диод 15 с началом первой обмотки 2 и через пятый диод 16 с началом второй обмотки 3. Конец третьей обмотки 6 соединен с отрицательной шиной источника питания.

Ячейка коммутатора (фиг. 2) имеет четыре входа A, B, D, E и выход K. Входы A и B предназначены для подключения к ним выходов Q и предшествующей бистабильной ячейки счетчика (фиг. 4), а входа D и E - для приема сигналов режимов работы (суммирование, вычитание) от управляющего феррида. Выход K предназначен для подсоединения к счетному входу C последующей бистабильной ячейки счетчика. Ячейка коммутатора (фиг. 2) содержит второй элемент памяти 21 в виде скобы из реманентного материала, с установленными на ней четвертой 22 и пятой 23 встречно включенными, управляющими обмотками, концы которых соединены с отрицательной шиной источника питания, третий переключающий геркон 24, установленный своими контакт-деталями совмещенно к торцам элемента памяти 21. Начало четвертой обмотки 22 м пятой управляющей обмотки 23 соединены через шестой 25 седьмой 26 диоды с входом E ячейки коммутатора, начало четвертой обмотки 22 через восьмой диод 27 также соединено с входом E. Переключающая контакт-деталь 28 геркона 24 через замкнутую контакт-деталь 29 соединена с входом B, а через разомкнутую контакт-деталь 30 - с входом A. Ячейки коммутатора 31 установлены между ячейками счетчика ( 17-18, 18-19, 19-20, фиг. 4) и составляют общий коммутатор (ячейки 31 - 33).

Управляющий феррид ( фиг. 3), выполненный в виде автономной ячейки, имеет входы A₁ (-1), B₁(+1) и выходы D₁, E₁, K₁, содержит третий элемент памяти 34 в виде скобы из реманентного материала с установленными на ней шестой 35 и седьмой 36 встречно включенными, управляющими обмотками, концы которых соединены с отрицательной шиной источника питания. Замыкающий четвертый геркон 37 и переключающие пятый и шестой герконы 38 и 39 установлены совмещенно к торцам третьего элемента памяти 34. Начало шестой управляющей обмотки 35 соединено через девятый диод 40 и десятый диод 41 с выходами E₁ и D₁ соответственно, а начало седьмой управляющей обмотки 36 соединено через одиннадцатый диод 42 с выходом K₁. Контакт-деталь 42 геркона 37 соединена с выходом E₁, а контакт-деталь 43 - с входом B₁(+1). Переключающая контакт-деталь 44 геркона 38 соединена с выходом D₁, а замыкающая контакт-деталь 45 - с входом A₁(-1). Переключающая контакт-деталь 46 геркона 39 соединена с выходом К₁, размыкающая 47 - с входом B₁(+1), а замыкающая 48 - с входом A₁(-1).

Управляющий феррид 49 установлен перед ячейками коммутаторов 31 - 33 (фиг. 4). Входы A₁(-1) и B₁(+1) (фиг. 3 и 4) предназначены для приема подсчитываемых импульсов при суммировании (+1) или вычитании (-1). Взаимное подключение ячеек, например, четырехзарядного счетчика, ячеек коммутатора и управляющего феррида приведено на фиг. 4. В качестве выходов счетчика импульсов используются прямые выходы Q_i ячеек счетчика (X₁, X₂, X₃ X₄).

Использование ферридов-триггеров в качестве бистабильной ячейки реверсивного счетчика и ферридов для управления суммирующим и вычитающим режимами работы в источниках не обнаружено.

Работа ячейки ( модуля) реверсивного счетчика импульсов осуществляется в следующей последовательности (фиг. 1). Перед началом работы ячейки счетчика приводится в необходимое исходное состояние. Для выключенного исходного состояния (Q= 0) на вход R подается кратковременно сигнал логической единицы (R=1, положительный сигнал) при отсутствии или нулевом логическом сигнале на входе S(S= 0). При этом элемент памяти 1 размагничивается встречно включенными обмотками 2 и 3 и герконы выключаются. На выходе Q появляется нулевой сигнал ( X=0). Для включенного исходного состояния на вход S подается кратковременный сигнал логической единицы (S=1, положительный сигнал) при отсутствии или нулевом логическом сигнале на входе R(R=0). При этом элемент памяти 1 намагничивается обмоткой 2 и герконы включаются. На выходе Q появляется единичный сигнал (X=1).

Первый управляющий сигнал ( при условии Q=0), поступивший на счетный вход C ячейки, передается через диод 7 и развивает посредством первой обмотки 2 магнитный поток Ф₁, намагничивающий элемент памяти 1, а посредством третьей обмотки 6 - встречный ему магнитный поток Ф₃. При этом общий магнитный поток в герконах 4 и 5 (Ф=Ф₁- Ф₃) меньше магнитного потока их срабатывания и герконы не срабатывают. Магнитный поток Ф₃ не размагничивает элемент памяти 1, так как он выполнен из реманентного материала. После окончания первого управляющего сигнала магнитный поток Ф₃ исчезает и герконы 4 и 5 срабатывают под действием магнитного потока Ф₁, который больше магнитного потока срабатывания герконов. При срабатывании геркона 4 замыкаются его контакт-детали 8 и 9 через диод 10 подключается вторая управляющая обмотка 3. При срабатывании геркона 5 замыкаются его контакты-детали 11 и 12, передавая от плюса источника питания (+) сигнал на выход Q (Q=1, = 0, X=1).

Второй управляющий сигнал через контакт-детали 8 и 9 геркона 4 и диод 10 поступает на обмотку 3, развивая магнитный поток Ф₂, компенсируя магнитный поток Ф₁. Одновременно сигнал поступает на обмотку 6, вновь создавая магнитный поток Ф₃, удерживающий герконы 4 и 5 в сработанном состоянии до окончания управляющего сигнала. После окончания второго управляющего сигнала поток Ф₃ исчезает и герконы отпускают. Геркон 4 выключает обмотку 3, контакт-детали 11 и 12 геркона 5 выключают прямой выход Q(Q=0) а контакт-детали 11 и 13 переключают выход сигнал на инверсивный выход (Q=0, = 1, X=0). При поступлении последующих управляющих сигналов циклы работы феррида-триггера повторяются.

Таким образом на каждые два входных сигнала феррид-триггер срабатывает только один раз, т.е. работает в счетчике режима без разрушения записанной информации при отключении источника питания.

Работа ячейки коммутатора (фиг. 2) реверсивного счетчика импульсов осуществляется в следующей последовательности.

Если счетчик работает в режиме суммирования, сигнал, управляющий режимом работы, поступает на вход E. Обмотки 22 и 23 размагничивают элемент памяти 21 (их потоки Ф₁ и Ф₅ встречны) и геркон 24 переходит в выключенное состояние. Его контакт-детали 28 и 29 соединяют вход B с выходом K, т.е. передают сигнал с выхода Q предыдущей ячейки на вход C последующей (фиг. 4). Если счетчик работает в режиме вычитания, то управляющий сигнал поступает на вход D (фиг. 2). Обмотка 22 намагничивает элемент памяти 21 (потоком Ф₄) и геркон 24 включается. Его контакт-детали 28 и 30 соединяет вход A с выходом K. т.е. передают сигнал с выхода предыдущей ячейки счетчика на вход C последующей (фиг. 4). Сигналы, управляющие режимами работы (+1;-1), поступают на ячейки коммутатора ( например 31-33) от управляющего феррида с его выходов D₁ и E₁ (фиг. 3 и 4).

Работа управляющего феррида (фиг. 3) реверсивного счетчика импульсов осуществляется в следующей последовательности.

Если счетчик работает в режиме суммирования, подсчитываемые сигналы ( импульсы) подаются на вход B₁ (+1). При этом сигнал поступает через контакт-детали 47 и 46 геркона 39 на выход K₁ и далее на вход C₁ первой ячейки 17 счетчика (фиг. 4).

Если перед этим реализовывался режим вычитания и управляющий феррид находится во включенном состоянии (поток Ф₆), то сигнал поступает через диоды 40 и 42 и контакт-детали 43 и 42 на обмотки 35 и 36 и феррид выключается. При этом сигнал одновременно поступает на выход E₁ и далее на входы E_i всех ячеек коммутатора (фиг. 4), выключая их и переводя счетчик в режим суммирования.

Если счетчик работает в режиме вычитания, подсчитываемые сигналы подаются на вход A₁(-1)(фиг. 3). При этом сигнал поступает через контакт-детали 48 и 46 геркона 39 на выход K₁ и далее на вход C₁ первой ячейки 17 счетчика (фиг. 4). Одновременно сигнал через контакт-детали 45 и 44 и диод 41 (фиг. 3) поступает на обмотку 31, вызывая срабатывание феррита (поток Ф₆). При этом сигнал поступает также на выход D₁ и далее на входы D_i всех ячеек коммутатора (фиг. 4), включая их и переводя счетчик в режим вычитания. Переключение управляющего феррида и ячеек коммутатора осуществляется только во время первого импульса, а подсчет импульсов - во время паузы.

Последовательный реверсивный двоичный счетчик импульсов функционируют в следующей последовательности.

Феррид 49 и ячейки 31 - 33 (фиг. 4) находятся в выключенном состоянии, соединяя выхода Q_i предыдущих ячеек счетчика с синхровходами C_i+1 последующих. При суммировании подсчитываемые импульсы поступают на вход B₁(+1) управляющего феррида 49. Если, например, счет начинается с нуля (X₁=0, X₂=0, X₃= 0, X₄=0), первый сигнал поступает на счетный вход C₁ первой ячейки 17 счетчика с выхода K₁ управляющего феррида 49. После окончания сигнала ячейка 17 счетчика переключается и единичный сигнал появляется на ее выходе Q₁ (X₁=1) и далее через ячейку 31 коммутатора поступает на вход C₂ ячейки 18 счетчика. На выходе счетчика появляется код 0001. Второй сигнал переводит первую ячейку 17 счетчика в нулевое состояние (X₁=0) и вторую 18 - в единичное состояние (X₂= 1). На выходе появляется код 0010. Третий сигнал вновь переводит первую ячейку 17 счетчика в единичное состояние (X₁=1), оставляя в единичном состоянии и вторую ячейку (X₁=1). Выходной код 0011. Четвертый сигнал переводит первые две ячейки в нулевое состояние, а третью - в единичное. Выходной код 0100. Далее работа осуществляется аналогично.

При вычитании подсчитываемые импульсы поступают на вход A₁(-1) управляющего феррида 49. Феррид 49 и ячейки коммутатора 31- 33 срабатывают при первом импульсе, связывая выход предыдущих ячеек счетчика с синхровходами C_i+1 последующим. Если, например, счет начинается с пятнадцати (для четырехразрядного счетчика X₁=1, X₂=1, X₃=1, X₄=1), первый сигнал переводит первую ячейку 17 счетчика в выключенное состояние (X₁=0). Выходной код 1110. Второй сигнал переводит вторую ячейку 18 счетчика в выключенное состояние (X₂=0), а первую - во включенное (X₁=1). Выходной код 1101. Третий сигнал переводит первую 17 и вторую 18 ячейки счетчика в выключенное состояние. Выходной код 1100. Далее работа осуществляется аналогично.

Для работоспособности реверсивного счетчика необходима длительность сигнала (импульса) не менее времени выключения, а длительность паузы между управляющими сигналами - не менее времени включения ячейки счетчика.

Емкость счетчика E=2_n (n - число разрядов счетчика или число его ячеек).

Исходное состояние счетчика может устанавливаться по входам R_i и S_i посредством любого типа шифратора в том числе и в микросхемном исполнении.

Формула изобретения

Последовательный реверсивный двоичный счетчик импульсов, состоящий из последовательно включенных по меньшей мере двух бистабильных ячеек, каждая из которых имеет счетный вход С, прямой выход Q и инверсный выход причем прямой выход Q и инверсный выход предыдущей бистабильной ячейки соединены со счетным входом С последующей бистабильной ячейки посредством ячейки коммутации, число ячеек коммутации на единицу меньше числа бистабильных ячеек счетчика, отличающийся тем, что каждая бистабильная ячейка счетчика содержит установочные входы R и S, вход (+) и первый элемент памяти в виде скобы из реманентного материала с установленными на ней первой и второй встречно включенными управляющими обмотками, концы которых соединены с отрицательной шиной источника питания, первый замыкающий и второй переключающий герконы, установленные своими контакт-деталями совмещенно к торцам первого элемента памяти, кроме того, бистабильная ячейка счетчика содержит пять диодов, на герконы установлена включенная встречно первой управляющей обмотке общая третья управляющая обмотка, начало которой соединено со счетным входом С бистабильной ячейки, с одной контакт-деталью первого замыкающего геркона и через первый диод с началом первой управляющей обмотки, вторая контакт-деталь первого замыкающего геркона соединена через второй диод с началом второй управляющей обмотки, переключающая контакт-деталь второго переключающего геркона соединена с входом (+) бистабильной ячейки, его замыкающая контакт-деталь подключена к прямому выходу Q, а размыкающая - к инверсному выходу бистабильной ячейки, установочный вход S которой соединен через третий диод с началом первой управляющей обмотки, а установочный вход R через четвертый диод - с началом первой управляющей обмотки и через пятый диод с началом второй управляющей обмотки, конец третьей управляющей обмотки соединен с отрицательной шиной источника питания, каждая ячейка коммутации содержит входы D, E, A, B и выход K, а также второй элемент памяти в виде скобы из реманентного материала с установленными на ней четвертой и пятой встречно включенными управляющими обмотками, концы которых соединены с отрицательной шиной источника питания, третий переключающий геркон, установленный своими контакт-деталями совмещенно к торцам второго элемента памяти, ячейка коммутации содержит три диода, начала четвертой и пятой управляющих обмоток соединены через шестой и седьмой диоды с входом E ячейки коммутации, начало пятой управляющей обмотки соединено через восьмой диод с входом D ячейки коммутации, переключающая контакт-деталь третьего геркона соединена с выходом K ячейки коммутации, замыкающая контакт-деталь соединена с входом A ячейки коммутации, а размыкающая - с ее входом B, дополнительно установленный управляющий феррид с выходами D₁, E₁, K₁ и входами A₁(-1) и B₁(+1) содержит третий элемент памяти в виде скобы из реманентного материала с установленными на ней шестой и седьмой встречно включенными управляющими обмотками, концы которых соединены с отрицательной шиной источника питания, четвертый замыкающий, пятый и шестой переключающие герконы, одна контакт-деталь четвертого замыкающего геркона соединена с выходом E₁, а вторая - с входом B₁(+1) управляющего феррида, переключающая контакт-деталь пятого переключающего геркона соединена с выходом D₁ управляющего феррида, а его размыкающая контакт-деталь соединена с входом A₁(-1) управляющего феррида, переключающая контакт-деталь шестого переключающего геркона соединена с выходом K₁, а размыкающая и замыкающая - с входами B₁(+1) и A₁(-1) управляющего феррида, начало шестой управляющей обмотки соединено с выходом E₁ управляющего феррида черед девятый диод, а с его выходом D₁ через десятый диод, начало седьмой управляющей обмотки соединено через одиннадцатый диод с выходом E₁ управляющего феррида, входы D всех ячеек коммутации объединены общей шиной, соединенной с выходом E₁ управляющего феррида, выход K₁ которого соединен со счетным входом С первой бистабильной ячейки счетчика, выход К первой ячейки коммутации соединен со счетным входом С второй бистабильной ячейки счетчика, выход K второй ячейки коммутации - со счетным входом третьей бистабильной ячейки и так далее в той же последовательности, прямые выходы и инверсные выходы бистабильных ячеек счетчика соединены соответственно с входами A и B своих ячеек коммутации, входы (+) всех бистабильных ячеек счетчика соединены общей шиной с плюсом источника питания, входы A₁(-1), B₁(+1) управляющего феррида предназначены для приема подсчитываемых импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4