Кольцевой счетчик

 

(72) Автор изобретения

В. В. Пряничников

1, 2

1 (71) Заявитель (54) КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при реализации технических средств автоматики и вычислительной техники.

Известен кольцевой счетчик, содержащий входную шину, шину сброса, разряды на D -триггерах, каждый разряд, кроме первого, содержит элемент И, прямой вы ход О -триггера каждого разряда соединен с D -входом последующего разряда, входная шина соединена с тактовыми входами D -триггеров разрядов, входы установки в "О" которых соединены.с шиной сброса $1).

Недостатком устройства является относительно низкая надежность, так как при возникновении сбоев возможно распространение нескольких единиц в устройстве, большое время коррекции этого сбоя, равное в худшем случае, (П -1) такту, Мли возможен сброс информационной "1 в трижеро любого разряда и появление ее на выходе элемента И последнего разряда, что приводит к погрешности счета.

Известен также кольцевой счетчик, содержащий входную шину, шину установ:ки, разряды на 0 -триггерах, первый и

5 второй элементы И во всех разрядах, дополнительный элемент И и элемент НЕ, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с инверсным и прямым выходами D -триггера, вторые входы - с выходом первого эле, мента И предыдущего разряда, вторые входы первого и второго элементов И первого разряда соединены с шиной установки, выход второго элемента И соединен с D -входом D òðèãòåðà последующего разряда, выход первого элемента И последнего разряда соединен с D -входом

D -триггера первого разряда и через

2о элемент НЕ с первым входом дополнительного элемента И, второй вход и выход которого соединены с инверсным выходом и входом установки в 0 D -триггера первого разряда, выход первого

953740 элемента И в каждом разряде, кроме первого, соединен с входом установки в

"0 D -триггера, входная шина соединена с тактовыми входами D -триггеров всех разрядов $2(.

Недостатком известного устройства является невысокая надежность вслед ствие возможности сброса информационной "1" в любом разряде и появления ее на выходе первого элемента И послед- 10 него разряда, что приводит к погрешности счета,в худшем случае, равной +— 1 тактов. Быстродействие этого устройства тоже ограничено временем срабатывания . (перехода из " 1 " в "0") последователь- 15 ной цепочки первых элементов И всех разр ядов.

11елью изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей. 29

Поставленная цель достигается тем, что в кольцевой счетчик, содержащий входную шину, шину установки, разряды на )-триггерах, первый и второй элементы

И во всех разрядах, первый элемент НЕ, первый дополнительный элемент И, выход которого соединен с входом установки и "0" D -триггера первого разряда, первые входы первого и второго элементов И каждого разряда соединены соответственно с инверсным и прямым выходами D -триггера своего разряда, вторые входы первого и второго элементов И с третьего по последний разрядов соединены с выходами первых элементов И преды35 душих разрядов, входная шина соединена с тактовыми входами D -триггеров всех разрядов, введены, первый элемент ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, третьи элементы И каждого разряда, второй и третий допол40 нительные элементы И, шина управления, первые входы третьих элементов И всех разрядов и третьего дополнительного элемента И соединены с шиной управления, вторые входы третьих элементов И первого и дополнительного соединены соответственно с прямым выходом Дтриггера и выходом первого элемента И первого разряда, вторые входы третьих элементов И остальных разрядов соединены с выходами вторых элементов И, второй вход первого элемента И первого разряда соединен с выходом первого элемента И последнего разряда, вторые входы и".рвого и второго элементов И 55 второго разряда соединены с инверсным выходом Г -тригГера первого разряда, 0-вхсл t::)òñ)ðîãî через перв| N элемеH.I

ИЛИ соединен с выходами третьего элемента И второго разряда и второго дополнительного элемента И, первый вход второго дополнительного элемента И соединен с выходом первого элемента И первого разряда, второй через первый элемент НЕ соединен с шиной управления и вторым входом второго элемента

И первого разряда, первый вход первого дополнительного элемента И соединен с выходом первого элемента И второго разряда, второй через элемент ИЛИ-НЕ соединен с шиной установки, второй вход элемента ИЛИ-HE соединен с выходом второго дополнительного элемента И, входы установки в "1" D -триггеров первого и последующих разрядов соединены соответственно с шиной установки н выходами вторых элементов И предыдуших разрядов, входы установки в "0" и D— входы D -триггеров соответственно с второго по предпоследний и последнего разрядов соединены с выходами первых и третьих элементов И последующих разрядов и второго и третьего элементов И дополнительного разряда, кроме того, введены Р -триггер и первый элемент И . дополнительного разряда, второй и третий элементы ИЛИ, второй элемент НЕ, тактовый вход D -триггера дополнительного разряда соединен с входной шиной, вход установки и "0" через второй элемент

ИЛИ соединен с шиной установки, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И дополнительного разряда, первый вход которого соединен с инверсным выходом D -триггера своего разряда, второй через второй элемент НŠ— с D -входом)3 -триггера дополнительного разряда и выходом третьего элемента И первого разряда, прямой выход 13 -триггера дополнительного разряда и выход первого элемента И первого разряда соединены через третий элемент ИЛИ с вторыми входами второго и третьего элементов И дополнительного разряда.

На фиг. 1 представлена схема коль цевого счетчика; на фиг. 2 — то же, с дополнительным разрядом.

Устройство состоит из D -триггеров

1 = 1, 1 2, ..., 1 —" Д, элементов И 2 — 1, 2 -2,..., 2-r1; 3- 1; 3-2,.", 3 — и, 4 — 1, 4=2,..., 4 П, 5„-7, элемента ИЛИ Ы, элемента ИЛИ-НЕ 9, элемент» НЕ 10, шины 11 установки, шины 12 л.1 аг :;е— ния, входной шины 13.

Ко|ьцевой счетчик с дополнительным разрядом (фиг. 2), дополните;тьно с-.г.лер 953

740 4

Р-триггер 1= 1, на выходах появится исходная комбинация 10...0, посл этого процесс прямого счета повторяется. Г1ри обратном счете на шину 12 подается "l открывающая элементы И 4 ." l, 4 = 2„...

4-11, 7, соединенные с D -входами Рв триггеров предьщущих разрядов 1 = 1, 1 =-2,...,1= A. После установки на прямом выходе Э -триггера l =- 1 будет " 1 на выходах будет комбинация 10...0.

Первым тактовым импульсом во все Pтриггеры будут записаны "О, и "1 с задержкой на время перехода из О в

"3." последовательной цепочки элементов

И 2=2, 2=3,...,2.=.П, 2=1 появится на и+1 м выходе кольцевого счетчика и через элемент. И 7 на D -входе D -триггера 1.= tl, на выходах будет. комбинация

0...01 . Вторым тактовым импульсом "1 запишется в Q -триггер 1 = q и появится на выходах элементов И З=-П, 4 П и Q -входе D -триггера 1:- Ь вЂ” 1, на выходах кольцевого счетчика будет комби» нация 0...010. Третьим тактовым импульсом "l" запишется aQ -триггер

1 =0 — 1 и появится на выходах элементов

И 3= Р-l, 4=- П -1 и Q входе D-триггера 1=.- 0-2, на выходах будет комбинация 0...0100. 1 с выхода элемен." та И 3 = П -1 установит D -триггер 1 -М в 1" и запретит его переключение в

"О" на время своего действия. Четвертым тактовым импульсом 1 запишется и

D -триггер 1 = g -2 и появится на выходах элементов И З П -2, 4 П -2 и

D-входе D триггера 1.=П -3, на выход дах кольцевого счетчика будет комбинация 0...01000. "1" с выхода элемента

И 3 = П -2 установит D -триггер 1 =-, 1 - 1 в "1" и запретит его переключение в О на время своего действкя, D -триггер

1.— П тоже будет в 1, так как во время действия тактового импульса на его входе установки в l была "l, поэ« тому тактовый и входной сигналы не могли изменить его состояние. Пятым тактовым импульсом 1" запишется в

Р-триггер l tl -3 и появится на выходах элементов И З М -3, 4 0-3 к

9-входе Э-триггера 1 А1 -4, на выход дах будет комбинация 0...010000. "1" с выхода элемента И 3 И-3 установит .D-триггер 1 .П-2 в ."1" к запретит его переключение в 0 на время своего действия, О -триггер 1 Q-1 тсюке будет в 1", так как на его входе установки в 1 во время действия тактового импульса была 1 и т.д., тактовыми импульсами "3." будет последовательно

5 жит D -триггеры l = 1, 1 — 2, ..., 1-,0, 1 =- П н, элементы И 2 1, 2.- 2, ...,, 2= П н, 3=-1, 3.-2, ..., 3= П, 4=-1;

4=2,..., 4 П, 5-7, элемент ИЛИ 8, элемент ИЛИ-НЕ 8, элемент HE 10, З шину 11 установки, шину 12 управления, входную шину 13, элементы ИЛИ

14 и 15, элемент НЕ 16.

Кольцевой счетчик работает следую щим. образом. ео

Установка исходного состояния осуществляется путем подачи "1" на шину

11 установки. Сигнал установки через элемент ИЛИ-HE Э закрывает элемент

И 5, запрещая прохождение "1" с выхода элемента И 2 =2 на вход установки в "О" D -триггера, и устанавливает Qтриггер 1 1 в "1". Выходами кольцевого счетчика являются прямой выход

D-триггера 1=1 и выходы элементов 20

И 3=-2, 3 — 3, ..., 3 — П, 2.— l, т.е. коэффициент пересчета Й + 1. После установки на выходах будет комбинация

10... О.

При прямом счете на шину 12 управ- 2З ления подается О .

Если кольцевой счетчик установлен, то "1" с прямого выхода D -триггера

1 = 1 через элемент И 3=1 установит

D -триггер 1 =2 в "1" и запретит его ЗО переключение в "О" на время своего действия. Первым тактовым импульсом в D -триггер 1 " 1 запишется "О, а в

Q триггере 1-2 останется "1, так как во время действия тактового импульса на его входе установки в "1" была 1 (принудительная установка), поэтому тактовый и входной сигналы не могли изменить состояние D -триггера 1 =2. На выходах появится комбинация 010 ... О.

"1" с выхода элемента И 3 "2 установит D -триггер 1 =3 в 1" и запретит его переключение в "О" на время своего действия. После второго тактового импульса в D -триггер 1=2 запишется О, 45 а в D -триггере 1 -3 останется "1, на выходах появится комбинация 0010...0.

1" с выхода элемента И 3="3 установит

О-триггер 1=-4 в "1" и запретит его переключение в О" на время своего действия и т.д., тактовыми импульсами

"l будет последовательно продвигаться к появится на выходах элементов И

3=4, 3» 5,.... 3=- .П и после П -ro тактового импульса появится на выходах элементов И 2=- й, 2= 1, 6 и через элеЦ мент ИЛИ 8 на 13 -входеЯ триггера 11 появится комбинация 00...01. Следующим тактовым импульсом l запишется в

7- 95374 продвигаться и появится на выходах элементов И 3-",ф-4, З=,П -5,...,3=3 и после A-го тактового импульса появится на выходах элементов И 3-2, 42 и через элемент ИЛИ 8 на D -входе -D s триггера 1-1, на выходах будет комбинация 010...0. Следующим тактовым импульсом "1 запишется в Р -триггер

1-. 1, на выходах появится исходная комбинация 10...0, после этого процесс обратного счета повторяется. При прямом и обратном счете на входах установки в "0" D -триггеров всех предыдущих, кроме следующего, разрядов, от разряда с выходной "1" будут "l", запрещающие 1$ их ложное переключение в "1", на входе установки в 0" D -триггера предыдущего следующего разряда будет "0", разрешающий при обратном счете запись

"1" в предыдущий разряд. Элемент И 20

3.— 1 разрешает установку в "1" D -триггера 1 =-2 и запрещает его переключение в "0 на время своего действия только при прямом счете.

На выходах элементов И 2=-2, 2=3, 25 ...,2 =- П получены сигналы совпадения единиц с инверсных выходов D -триггеров предыдущих и своего разрядов. "1" с выходов элементов И 2 =2, 2=3,..., 2 = П, 6 запрещают ложный переход из

"0 в "1" Q -триггеров предьщущих разрядов. На выходах элементов И 3 ° 2, 3= 3,...,3=- II получены сигналы совпадения 1" с инверсных выходов D— триггеров предыдущих с прямым выходом

3S

D -триггера своего разряда. Элемент И

2 = 1 устраняет задержку перехода из

"1" в "0" последовательной цепочки элементов И 2 = 2, 2 =- 3,..., 2 =- П, т.е. устраняет задержку переключения в "0"

40 и + 1-го выхода кольцевого счетчика при прямом счете и повторную запись

1" в D -триггер 1 — 1, что повышает быстродействие, по сравнению с известным устройством, которое цри прямом

45 счете определяется ° быстродействием Dтриггеров.

При обратном счете существует задержка перехода от комбинации 10...0 к комбинации 0..01, на время перехода из "0" в "1 последовательной цепочки элементов И 2=2, 2=3,...,2=-6,2 l она устраняется с помощью дополнительного 3 -триггера 1 = П+1 (фиг. 2).

Здесь (П + 1 )-е состояние кольцевого счетчика при обратном счете фиксирует-. ся D триггером 1 Il + 1, (П + 1)-м выходом кольцевого счетчика служит выход элемента ИЛИ 14 соединенного с прямым

0 8 выходом D -триггера 1- tl + 1 и выходом элемента И 2 -l. Элемент И 2=п+ 1 осуществляет управляемую обратную связь с инверсного выхода на вход установки в "0" П -триггера 1-. и+ 1, запрещая его ложное переключение в "1". Перед началом счета D -триггер 1= П + 1 через элемент ИЛИ 15 устанавливается в "0".

Таким образом, в кольцевом реверСИвном счетчике невозможно исчезновение "1" или появление на выходах более одной "1 .

Перенос,в результате сбоя, этой одной и только одной 1" во все предыдущие, кроме следующего, разряды запрещен, так как входы установки в "0" D -триггеров предыдущих, кроме следующего, разрядов соединены с выходами элементов И, соединенных своими входами с инверсными выходами I3 -триггеров предьщущих, своего и последующего разрядов, запрещающими их ложное переключецие в "1 . Ложная установка в "1"

D -триггера предыдущего разряда, приводит к переносу "1" в предыдущий разряд. Ложный сброс в "0" D -триггера с информационной "1, приводит к переносу "1 в следующий разряд, так как выходы кольцевого счетчика соединены с входами установки в "l" Q -триггеров следующих разрядов, "1" с выхода кольцевого счетчика устанавливает D -триггер следующего разряда в "1", запрещает его ложное переключение в "0" на время своего действия, и, в случае ее сброса, "1 " автоматически переходит на выход следующего разряда. При комбинации 0...010 ложный сброс в "0" D— триггера 1 П, тоже означает перенос

"1" в следующий разряд, т.е. переход к комбинации 0...01. При комбинации

0...01 при прямом счете возможна преждевременная, ложная установка в "3." только О -триггера 1 —. 1, а при обратном счете только D -триггера 1 — tl, но это тоже означает перенос "1" в следующие разряды, т.е. переход к комбинациям 10...0 и 0...010. Прй комбинации 10...0 обратного счета сброс ложный в 0 13 -триггера 1 — 1 тоже автоматически приводит к следующей комбинации 0...01. Ложная установка в "1"

D григгеров последующих разрядов не влияет на состояние кольцевого счетчика, так как на выходы кольцевого счетчика проходит только первая 1", ".е. предлагаемое устройство обладает более высокой надежностью, чем изл". тнсн., так как в известном сброс D -триггера (95374 любого разряда, формирую|цего информа1 ционную 1" в 0", приводит к переносу

"1 в первый разряд, а в предлагаемом устройстве запрещен случайный вследстФ вие сбоя перенос "1" во все разряды, кроме следующего и предыдущего, без пропуска разрядов, что дает минимальную погрешность + 1 тактовый импульс, функциональные возможности расширены, получен обратный счет, повышено быстродействие при прямом и обратном счете.

Формула изобретения

1. Кольцевой счетчик, содержащий входную шину, шину установки, разряды на D -триггерах, первый и второй элементы И во всех разрядах, первый элемент НЕ, первый дополнительный элемент И, выход которого соединен с входом установки в "0" 3 «триггера первого разряда, первые входы первого и второго элементов И каждого разряда соединены соответственно с инверсным и прямым выходами D -триггера своего разряда, вторые входы первого и второго элементов И с третьего по последний разрядов соединены с выходами первых элементов

И предьщущих разрядов, входная шина соединена с тактовыми входами D -триггеров всех разрядов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, введены первый элемент ИЛИ, 3$ элемент ИЛИ-НЕ, третьи элементы И каждого разряда, второй и третий дополнительные элементы И, шина управления, первые входы третьих элементов И всех разрядов и третьего дополнительного элемента И соединены с шиной управления, вторые входы третьих элементов И первого и дополнительного соединены соответственно с прямым выходом D -триггера и выходом первого элемента И перво15 го разряда, вторые входы третьих элементов И остальных разрядов соединены с выходами вторых элементов И, второй вход первого элемента И первого разряда сое1 динен с выходом первого элемента И последнего разряда, вторые входы первого и вто- и рого элементов И второго разряда соединены с инверсным выходом,9 -триггера перво- го разряда, ) -вход которого через первый элемент ИЛИ соединен с выходами треть0 10 его элемента И второго разряда и второго дополнительного элемента И, первый вход второго дополнительного элемента

И соединен с выходом первого элемента

И первого. разряда, второй через первый элемент НЕ соединен с шиной управления и вторым входом второго элемента И пер- вого разряда, первый вход первого дополнительного элемента И соединен с выходом первого элемента И второго разряда, второй через элемент ИЛИ-НЕ соединен с шиной установки, второй вход элемента

ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго дополнительного. элемента И; входы установ-, ки в "1" D -триггеров первого и последующих разоядов соединены соответственно с шиной установки и выходами вторых элементов И предыдущих разрядов, входы установки в "0" и D -входы D -триггеров соответственно с второго по предпоследний. и последнего разрядов соединены с выходами первых и третьих элементов И последующих разрядов и второго и треть; его элементов И дополнительного разряда.

2. Счетчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения быстродействия при обратном счете, введены l3 -триггер и первый элемент И дополнительного разряда, второй и третий элементы ИЛИ, второй элемент HE тактовый вход D триггера дополнительного разряда соединен с входной шиной, вход установки в "0" через второй элемент

ИЛИ соединен с шиной установки, второй вход второго элемента Ипи соединен с выходом первого элемента И дополнительного разряда, первый вход которого соединен с инверсным выходом 2 -триггера своего разряда, второй через второй элемент НЕ с I3 -входом О -триггера дополнительного разряда и выходом третьего элемента И первого разряда, прямой выход С) -триггера дополнительного разряда и выход первого элемента И первого разряда соединены через третий элемент ИЛИ с вторыми входами второго и третьего элементов И дополнительного разряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительнык приборах. Л., Энергия", 1974, с. 61, рис. 29., 2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2831413/18 21, az. Н 03 К 23/00, 1979, 15.10.79.: