КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК Российский патент 1995 года по МПК H03K25/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых устройствах, работающих в условиях воздействия помех.

Цель изобретения повышение надежности за счет уменьшения аппаратурных затрат.

На фиг.1 приведена схема кольцевого счетчика (пятиразрядного); на фиг.2 схема устройства анализа; на фиг.3 схема RC-элемента.

Кольцевой счетчик содержит первую 1.6 и вторую 7.12 группы элементов И, группу элементов ИЛИ 13.18, группу RC-элементов 19.24, устройство 25 анализа, первый 26 и второй 27 элементы И, элемент ИЛИ 28, RC-элемент 29, первый 30 и второй 31 инверторы, первый 32, второй 33, третий 34, четвертый 35, пятый 36 и шестой 37 элементы ИЛИ-НЕ, входную шину 38, шину 39 сброса и выходные шины 40.44. Первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ 32 соединены соответственно с входной шиной 38 и шиной 39 сброса, подключенной к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 33, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 32, с первым входом элемента И 26, с вторыми входами элементов ИЛИ-НЕ 34, 35 и элемента И 6. Выход элемента ИЛИ-НЕ 33 соединен с первым входом элемента И 27 и со вторым входом элемента И 12. Второй вход элемента И 26 подключен к выходу устройства 25 анализа. Выходы элементов И 26, 27 соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ 28, выход которого соединен со входом RC-элемента 29, выход которого соединен с вторым входом элемента И 27. Выход элемента ИЛИ 28 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 34 и через инвертор 31 с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 35. Третьи входы элементов ИЛИ-НЕ 34, 35 соединены с шиной 39 сброса и с первыми входами элементов ИЛИ-НЕ 36, 37. Выход элемента ИЛИ-НЕ 34 соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 36 и вторыми входами элементов И 1,3,5. Выход элемента ИЛИ-НЕ 35 соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 37 и вторыми входами элементов И 2,4. Выход элемента ИЛИ-НЕ 36 соединен с вторыми входами элементов И 7,9,11, выход элемента ИЛИ-НЕ 37 соединен с вторыми входами элементов И 8,10. Первые входы элементов И 7.12 соединены соответственно с выходами RC-элементов 19.24. Выходы элементов И 1.6 соединены с первыми входами соответственно элементов ИЛИ 13. 18, вторые входы которых соединены с выходами соответственно элементов И 7. 12, а выходы с входами соответственно RC-элементов 19.24, выходы которых соединены с соответствующими входами устройства 25 анализа.

Вход инвертора 30 соединен с выходом RC-элемента 24, а выход с первым входом элемента И 1. Первые входы элементов И 2.6 соединены соответственно с выходами RC-элементов 19.23 и выходными шинами 40.44.

Работает кольцевой счетчик следующим образом.

Перед работой счетчик устанавливается в исходное нулевое состояние подачей по шине 39 сброса импульсного сигнала с уровнем логической "1".

При этом в течение импульса сброса на выходах элементов ИЛИ-НЕ 32.37 поддерживается уровень логического "0", следовательно, на выходах элементов И 1. 12, 26, 27 и элементов ИЛИ 13.18, 28 также будет поддерживаться уровень логического "0". Поэтому конденсаторы RC-элементов 19.24, 29 начинают разряжаться (если они до этого были в заряженном состоянии) через малые выходные сопротивления элементов ИЛИ 13.18, 28. Постоянная времени RC-элементов 19. 24, 29 выбрана таким образом, чтобы в течение импульса на любом из управляющих входов (на шине 39 сброса или на входной шине 38) конденсаторы успели разрядиться до уровня логического "0" или зарядиться до уровня логической "1". В итоге к концу импульса сброса конденсаторы всех RC-элементов 19. 24, 29 разряжаются, а это означает, что к концу импульса сброса на конденсаторах RC-элементов 19.23 запоминается код (00000) исходного нулевого состояния счетчика, а RC-элементы 24.29 подготовлены к работе (RC-элемент 24 относится к вспомогательному разряду счетчика). При этом в течение импульса сброс на выходе устройства анализа 25 имеет место уровень логического "0".

После окончания импульса сброса на выходах элементов ИЛИ-НЕ 32, 36, 37 устанавливается уровень логической "1", а на выходах элементов ИЛИ-НЕ 33, 34, 35 уровень логического "0". При этом уровень логического "0" на выходах элементов И 1.12, 26, 27 и элементов ИЛИ 13.18, 28 ИЛИ сохраняется, следовательно, сохраняются уровень логического "0" на выходе устройства 25 анализа и разряженное состояние конденсаторов всех RC-элеемнтов 19.24, 29.

При поступлении по входной шине 38 первого счетного импульса ( с уровнем логической "1") на выходе элемента ИЛИ-НЕ 32 устанавливается уровень логического "0", а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 33 уровень логической "1". Это приводит к запиранию элемента И 26 и опиранию элемента И 27. В итоге результат анализа кода нулевого состояния счетчика уровень логического "0", запомненный на конденсаторе RC-элемента 29 в нулевом состоянии счетчика, сам себя буде поддерживать по цепи: выход RC-элемента 29 элемент И 27 элемент ИЛИ 28 вход RC-элемента 29. Поэтому в течение первого счетного импульса на выходе RC-элемента 29 будет поддерживаться уровень логического "0", на выходе инвертора 31 уровень логической "1", на выходах элементов ИЛИ-НЕ 34, 37 уровень логической "1", на выходах элементов ИЛИ-НЕ 35, 36 уровень логического "0". Указанные уровни сигналов на выходах элементов ИЛИ-НЕ 32.37 приводят к тому, что в течение первого счетного импульса элементы И 1, 3, 5 (т.е. нечетные элементы И первой группы) и элементы И 8, 10, 12 (т.е. четные элементы И второй группы) оказываются открытыми. При этом на выход элемента И 1 пройдет уровень логической "1" (с выхода инвертора 30), на выходах всех остальных элементов И 2.12 сохранится уровень логического "0". В итоге в течение первого счетного импульса на выходе элемента ИЛИ 13 будет иметь место уровень логической "1", будет заряжаться конденсатор RC-элемента 19, а на выходах элементов ИЛИ 14.18 при этом сохраняется уровень логического "0", и конденсаторы RC-элементов 20.24 остаются разряженными. После заряда конденсатора RC-элемента 19 на конденсаторах RC-элементов 19.23 информационных разрядов счетчика оказывается "записанным" код числа 1 (10000). При этом конденсатор RC-элемента 24 вспомогательного разряда счетчика (элементы И 6, 12, ИЛИ 18 и RC-элемент 24) также остается разряженным, и это его состояние само себя поддерживает по цепи: выход RC-элемента 24 элемент И 12 элемент ИЛИ 18 вход RC-элемента 24. На выходе устройства 25 анализа устанавливается уровень логической "1" (так как количество единиц на его входах становится нечетным), однако этот сигнал не проходит через элемент И 26, поскольку последний закрыт по первому входу.

После окончания первого счетного импульса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 32 восстанавливается исходный уровень логической "1", на выходе элемента ИЛИ-НЕ 33 исходный уровень логического "0". При этом открывается элемент И 26, закрывается элемент И 27, и уровень логической "1" с выхода устройства 25 анализа проходит через элементы И 26, ИЛИ 28 на вход RC-элемента 29, и начинается заряд конденсатора последнего.

Одновременно на выходах элементов ИЛИ-НЕ 34, 35 устанавливается уровень логического "0", на выходах элементов ИЛИ-НЕ 36, 37 уровень логической "1". В результате после окончания первого счетного импульса элементы И 1.5, 12 оказываются закрытыми по своим вторым входам, а элементы И 6,7.11 открытыми. Это означает, что код 10000 текущего состояния счетчика, записанный в течение первого счетного импульса на конденсаторах RC-элементов 19.23 информационных разрядов счетчика (элементы И 1.5, И 7.11, ИЛИ 13.17 и RC-элементы 19.23), сам себя будет поддерживать по замкнутым цепям: выходы RC-элементов 19.23 элементы И 7.11 элементы ИЛИ 13.17 входы RC-элементов 19.23. А разряженное состояние конденсатора RC-элемента 24 вспомогательного разряда счетчика будет поддерживаться по замкнутой цепи: выход RC-элемента 24 элемент И 6 элемент ИЛИ 18 вход RC-элемента 24. Конденсатор RC-элемента 29 постепенно заряжается, однако это не приводит к изменению уровней сигналов на выходах элементов ИЛИ-НЕ 34, 35, а также элементов ИЛИ-НЕ 36, 37, следовательно, не приводит к изменению кода 10000 текущего состояния счетчика, запомненного в течение первого счетного импульса на конденсаторах RC-элементов 19.23 его информационных разрядов.

При поступлении второго счетного импульса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 32 вновь устанавливается уровень логического "0", а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 33 уровень логической "1". При этом, как было изложено выше, элемент И 26 закрывается, открывается элемент И 27, и логическая "1" на конденсаторе RC-элемента 29 (результат анализа кода предыдущего состояния счетчика) сама себя будет поддерживать в течение второго счетного импульса по замкнутой цепи: выход RC-элемента 29 элемент И 27 элемент ИЛИ 28 вход RC-элемента 29. При этом уровень логической "1" поступает на вход инвертора 31 и на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 34. В результате в течение второго счетного импульса на выходах элементов ИЛИ-НЕ 34, 37 будет поддерживаться уровень логического "0", а на выходах элементов ИЛИ-НЕ 35, 36 уровень логической "1". Следовательно, будут закрыты элементы И 1,3,5 (нечетные элементы И первой группы) и элементы И 8,10 (четные элементы И второй группы). Элемент И 6 закрыт уровнем логического "0" с выхода элемента ИЛИ-НЕ 32, элемент И 12 открыт уровнем логической "1" с выхода элемента ИЛИ-НЕ 33. В результате в течение второго счетного импульса состояния нечетных разрядов счетчика, хранящиеся на конденсаторах RC-элементов 19, 21, 23 информационных разрядов счетчика, остаются неизменными (поскольку сами себя будут поддерживать по соответствующим замкнутым цепям: выходы RC-элементов 19,21,23 элементы И 7,9,11 элементы ИЛИ 13,15,17 входы RC-элементов 19,21,23, а в четные разряды счетчика, т.е. на конденсаторы RC-элементов 20,22 информационных разрядов счетчика, будут "переписываться" состояния предыдущих им разрядов через открытые элементы И 2,4 соответственно. Следовательно, на конденсатор RC-элемента 20 "запишется" логическая "1" по цепи: выход RC-элемента 19 элемент И 2 элемент ИЛИ 14 вход RC-элемента 20, а на конденсатор RC-элемента 22 "перепишется" логический "0" по цепи "выход RC-элемента 21 элемент И 4 элемент ИЛИ 16 вход RC-элемента 22" (в нашем случае просто подтверждается разряженное состояние конденсатора RC-элемента 22). При этом разряженное состояние конденсатора RC-элемента 24 вспомогательного разряда счетчика поддерживается по замкнутой цепи: выход RC-элемента 24 элемент И 12 элемент ИЛИ 18 вход RC-элемента 24. Таким образом, в течение второго счетного импульса на входах RC-элементов 19.23 информационных разрядов счетчика поддерживается код 11000, т.е. код числа 2 (в коде Либау-Крейга). При этом идет процесс заряда конденсатора RC-элемента 22, поддерживаются заряженное состояние конденсатора RC-элемента 19 и разряженные состояния конденсаторов RC-элементов 21.23. а также разряженное состояние конденсатора RC-элемента 24 вспомогательного разряда счетчика. После окончания заряда конденсатора RC-элемента 20 на конденсаторах RC-элементов 19. 23 информационных разрядов счетчика оказывается записанным код (11000) числа 2. При этом на выходе устройства 25 анализа устанавливается уровень логического "0" (так как на его входах устанавливается четное количество единиц), однако он не проходит дальше, поскольку элемент И 26 закрыт по первому входу.

После окончания второго счетного импульса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 32 восстанавливается исходный уровень логической "1", а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 33 исходный уровень логического "0". При этом как было изложено выше, закрывается элемент И 27 и открывается элемент И 26, поэтому уровень логического "0" с выхода устройства 25 анализа (результат анализа кода текущего состояния счетчика на четность) через элементы И 26, ИЛИ 28 проходит на вход RC-элемента 29, и начинается разряд конденсатора этого RC-элемента. После разряда конденсатора RC-элемента 29 на выходе последнего устанавливается уровень логического "0", а на выходе инвертора 31 уровень логической "1" устанавливается сразу после окончания второго счетного импульса. На выходах элементов ИЛИ-НЕ 34, 37 при этом устанавливается уровень логической "1", на выходах элементов ИЛИ-НЕ 35, 36 уровень логического "0". Следовательно, после второго счетного импульса оказываются, как и в описанном выше исходном состоянии счетчика, открытыми элементы И 1, 3, 5 (нечетные элементы И первой группы) и элементы И 8,10 (четные элементы И второй группы) и закрытыми элементы И 2,4 (четные элементы И первой группы) и элементы И 7,9,11 (нечетные элементы И второй группы). При этом элемент И 6 (относящийся к вспомогательному разряду счетчика) открыт, а элемент И 12 (также относящийся к вспомогательному разряду счетчика) закрыт. Поэтому при поступлении третьего счетного импульса в течение этого импульса новая информация запишется, как при поступлении первого счетного импульса, в нечетные из информационных разрядов счетчика, а состояния четных разрядов счетчика при этом будут поддерживаться неизменными. Следовательно, после третьего счетного импульса на конденсаторах RC-элементов 19.23 окажется записанным код числа 3 11100. При этом на выходе устройства 25 анализа установится уровень логической "1". Поэтому при поступлении четвертого счетного импульса новая информация запишется, как при поступлении второго счетного импульса, в четные разряды счетчика, а состояния нечетных разрядов счетчика будут поддерживаться в течение этого импульса неизменными, и в счетчике окажется записанным код числа 4 11110.

При поступлении пятого счетного импульса счетчик работает так же, как при поступлении первого и третьего счетных импульсов: в течение счетного импульса новая информация записывается в нечетные разряды, а состояния четных разрядов поддерживаются неизменными, и к концу этого счетного импульса в счетчике (на конденсаторах RC-элементов 19.23 оказывается записанным код числа 5-11111. При этом на выходе устройства 25 анализа устанавливается уровень логической "1", который после окончания с пятого счетного импульса "перепишется", как и в изложенных выше случаях, на конденсатор RC-элемента 29, как бы подготавливая счетчик к тому, чтобы при шестом счетном импульсе записать (точнее переписать) новую информацию в четные разряды счетчика (при этом логическая "1" переписалась бы во вспомогательный разряд счетчика на конденсатор RC-элемента 24). Это привело б к тому, что состояния информационных разрядов счетчика, соединенных с выходными шинами 40.44, при поступлении шестого счетного импульса остаются неизменными, т.е. счетчик как бы сохраняет состояние 11111, соответствующее числу 5, и код его текущего состояния не соответствует коду Либау-Крейга. Эта нежелательная возможность нарушения режима работы кольцевого счетчика исключается тем, что в интервале между пятым и шестым счетными импульсами логическая "1" с пятого разряда счетчика "переписывается" в его шестой вспомогательный разряд, т.е. с конденсатора RC-элемента 23 на конденсатор RC-элемента 24 по цепи: выход RC-элемента 23 элемент И 6 -м элемент ИЛИ 18 вход RC-элемента 24. При этом состояния всех информационных разрядов счетчика поддерживаются неизменными по замкнутым цепям: выходы RC-элементов 19.23 элементы И 7.11 элементы ИЛИ 13. 17 входы RC-элементов 19.23. В результате на выходе устройства 25 анализа установится (сразу после окончания пятого счетного импульса) уровень логической "1", поскольку количество единиц на его входах становится четным. Далее этот уровень логической "1" через элементы И 26, ИЛИ 28 поступает на конденсатор RC-элемента 29 и запоминается на нем. Это приводит к тому, что при следующем, т. е. шестом счетном импульсе, новая информация запишется не в четные, а снова в нечетные разряды счетчика через элементы И 1,3,5, при этом состояния четных разрядов счетчика будут поддерживаться в течение этого счетного импульса неизменными по замкнутым цепям: выходы RC-элементов 20,22 элементы И 8,10 элементы ИЛИ 14,16 входы RC-элементов 20,22. В результате к концу шестого счетного импульса в счетчике окажется записанным код числа 6 01111, который после окончания шестого счетного импульса будет сам себя поддерживать, как было изложено выше, по замкнутым цепям: выходы RC-элементов 19.23 элементы И 7.11 элементы ИЛИ 13.17 входы RC-элементов 19.23.

При поступлении с седьмого по девятый счетных импульсов счетчик работает аналогично описанному выше. При этом счетчик последовательно проходит свои рабочие состояния 00111, 00011 и 00001.

При поступлении десятого счетного импульса счетчик также работает аналогично изложенному выше, и к концу десятого счетного импульса в нем окажется записанным код 00000, а в интервале между десятым и одиннадцатым счетными импульсами логический "0" с пятого разряда счетчика перепишется и в его вспомогательный разряд, т. е. с конденсатора RC-элемента 23 на конденсатор RC-элемента 24 по цепи: выход RC-элемента 23 элемент И 6 элемент ИЛИ 18 вход RC-элемента 24. Это приводит к тому, что на выходе устройства 25 анализа установится уровень логического "0", и при следующем счетном импульсе новая информация запишется в нечетные разряды уже обнуленного счетчика, т.е. начнется новый цикл работы счетчика.

Таким образом, счетчик последовательно принимает свои рабочие состояния только в том случае, если длительность счетных импульсов (или импульса сброса) достаточна для перезаряда конденсаторов RC-элементов 19.24 от уровня логического "0" до уровня логической "1" и наоборот. В противном случае счетчик после окончания сигнала (помехи) на входной шине 38 (или шине 39 сброса) сохраняет свое текущее состояние. При этом в интервале между счетными импульсами состояния информационных разрядов и вспомогательного разряда счетчика анализируется устройством 25 анализа на четность, результат этого анализа запоминается на конденсаторе RC-элемента 29 и используется при поступлении очередного счетного импульса для выборочной записи новой информации, с учетом состояния вспомогательного разряда, в четные или нечетные разряды счетчика и для поддержания неизменными состояний тех разрядов счетчика, в которые при данном счетном импульсе новая информация не записывается, с помощью организуемых цепей положительной обратной связи.

При наличии сигнала на шине 39 сброса счетчик не реагирует на счетные импульсы на входной шине 38, т.е. шина 39 сброса обладает приоритетом перед входной шиной 38.

Изобретение относится к импульсной технике и позволяет повысить надежность кольцевого счетчика при нечетном количестве разрядов. Кольцевой счетчик содержит две группы элементов И, группу элементов ИЛИ, группу RC-элементов, устройство анализа, два элемента И, элемент ИЛИ, RC-элемент, два инвертора, шесть элементов ИЛИ-НЕ. 3 ил.

КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК, содержащий два элемента ИЛИ НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ, RC-элемент, два инвертора, две группы по n (n-нечетное число) элементов И, группу из n-элементов ИЛИ, группу из n RC-элементов, входную шину и шину сброса, первый и второй входы первого элемента ИЛИ НЕ соединены соответственно с входной шиной и шиной сброса, подключенной к первому входу второго элемента ИЛИ НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ НЕ и с первым входом первого элемента И, а выход с первым входом второго элемента И, выходы элементов И подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом RC- элемента, первые и вторые входы элементов ИЛИ из группы элементов ИЛИ подключены к выходам соответствующих элементов И соответственно первой и второй групп, а выходы через соответствующие RC-элементы из группы RC-элементов к первым входам соответствующих элементов И второй группы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения аппаратурных затрат, в него введены устройство анализа, третий шестой элементы ИЛИ НЕ, (n + 1)-е элементы И в первой и второй группах элементов И, (n + 1)-е элементы ИЛИ в RC- в группах соответствующих элементов, вход первого инвертора соединен с выходом (n + 1)-го элемента ИЛИ из группы элементов ИЛИ, выход с первым входом первого элемента И первой группы, первые входы с второго по (n + 1)-й элемент И которой подключены к выходам соответственно с первого по n-й RC-элемент из группы RC-элементов, выход каждого элемента ИЛИ из группы элементов ИЛИ соединен с соответствующим входом устройства анализа, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход RC-элемента соединен с вторым входом второго элемента И, выход элемента ИЛИ с первым входом третьего элемента ИЛИ НЕ и через второй инвертор с первым входом четвертого элемента ИЛИ НЕ, вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ НЕ соединены с выходом первого элемента ИЛИ НЕ, третьи входы с шиной сброса и первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ НЕ, выход третьего элемента ИЛИ НЕ соединен с вторыми входами нечетных элементов И первой группы и пятого элемента ИЛИ НЕ, выход которого соединен с вторыми входами нечетных элементов И второй группы, выход четвертого элемента ИЛИ НЕ соединен с вторыми входами четных элементов И, кроме (n + 1)-го элемента И, первой группы и шестого элемента ИЛИ НЕ, выход которого соединен с вторыми входами четных элементов И, кроме (n + 1)-го элемента И, второй группы, первый вход (n + 1)-го элемента И первой группы подключен к выходу n-го RC-элемента из группы RC-элементов, второй вход к выходу первого элемента ИЛИ НЕ, выход к первому входу (n + 1)-го элемента ИЛИ из группы элементов ИЛИ, первый вход (n + 1)-го элемента И второй группы подключен к выходу (n + 1)-го RC-элемента из группы RC-элементов, второй вход к выходу второго элемента ИЛИ НЕ, выход к второму входу (n + 1)-го элемента ИЛИ из группы элементов ИЛИ, выход которого соединен с входом (n + 1)-го RC-элемента из группы RC-элементов.