СЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО С САМОКОНТРОЛЕМ Российский патент 1997 года по МПК H03K21/40 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах вычислительной техники и систем управления.

Известно счетное устройство с самоконтролем (авт. св. СССР N 1156253, от 13.12.83, кл. Н 03 К 23/64, Н 03 К 21/40, "Счетчик импульсов в коде Грея", авторы Э.К. Есипов, Г.И. Шишкин, опубл. 15.05.85, БИ N 18), содержащее счетчик импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два и входом счетных сигналов, два D-триггера, элемент И, схему сравнения и входную шину счетных сигналов. Входы схемы сравнения соединены с выходом сумматора по модулю два счетчика импульсов и с одним из выходов первого D-триггера. Первый тактовый вход второго D-триггера соединен с входной шиной счетных сигналов и с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с одним из выходов второго D-триггера, а выход соединен со входом счетных сигналов счетчика импульсов и с тактовым входом первого D-триггера. Выход схемы сравнения соединен с первым информационным входом второго D-триггера, второй информационный вход которого соединен с выходом сумматора по модулю два счетчика импульсов. Первый и второй D-триггеры, схема сравнения, элемент И образуют схему контроля функционирования счетного устройства.

Недостатками описанного выше устройства являются:
1) отсутствие контроля правильности функционирования счетчика импульсов в паузе между счетными импульсами;
2) низкая достоверность функционирования, связанная с возможностью возникновения в схеме счетчика импульсов паразитной высокочастотной генерации во время действия счетного импульса, обусловленной отказами элементов схемы и не обнаруживаемой схемой контроля функционирования счетного устройства.

Известно счетное устройство с самоконтролем (авт. св. СССР N 357682 от 11.03.70, кл. Н 03 К 23/00, "Двоичный счетчик импульсов", автор В.П. Кревс, опубл. 31.10.72, БИ N 33), которое является прототипом изобретения, содержит счетчик импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два, контрольный триггер, элемент сравнения. Первый и второй входы элемента сравнения соединены соответственно с выходом сумматора по модулю два счетчика импульсов в коде Грея и с одним из выходов контрольного триггера. Вход счетных сигналов счетчика импульсов в коде Грея соединен со счетным входом контрольного триггера и подключен к шине счетных сигналов устройства. Выход элемента сравнения является контрольным выходом устройства. Контрольный триггер и элемент сравнения образуют схему контроля функционирования счетного устройства.

В устройстве прототипе устранен первый недостаток аналога. Контроль правильности функционирования счетчика импульсов производится как во время счетного импульса, так и в паузе между счетными импульсами. Недостатком устройства-прототипа является низкая достоверность функционирования, связанная с возможностью возникновения в схеме счетчика импульсов паразитной высокочастотной генерации во время действия счетного импульса, обусловленной отказами элементов схемы и необнаруживаемой схемой контроля устройства. Например, отказ элемента 3 НЕ во втором разряде схемы управления счетчика импульсов, выражающийся в формировании постоянного сигнала разрешения на соответствующем входе элемента 2 И второго разряда схемы управления приведет к прохождению счетного импульса одновременно на счетные входы триггеров 1 второго и третьего разрядов. С учетом разброса задержек распространения сигнала в триггерах 1 разрядов и на элементах 4 сумматора по модулю два на выходе элемента 4 второго разряда счетчика импульсов формируется периодический высокочастотный сигнал; затем генерация распространяется и на первый разряд счетчика импульсов. В результате все разряды счетчика импульсов будут охвачены генерацией. Состояние разрядов счетчика импульсов после окончания счетного импульса в этом случае будет случайным, что может привести к сбоям в его работе и к формированию несанкционированных команд устройствами, управляемыми с выходов рассматриваемого счетчика.

Целью изобретения является повышение достоверности функционирования счетного устройства с самоконтролем.

Цель достигается тем, что в счетное устройство с самоконтролем, содержащее счетчик импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два, контрольный триггер, элемент сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом сумматора по модулю два счетчика импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два и с прямым выходом контрольного триггера, а вход счетных сигналов счетчика импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два соединен со счетным входом контрольного триггера, введены D-триггер и элемент И, первый вход которого соединен с прямым выходом D-триггера, D-вход которого соединен с шиной управления, С-вход с шиной счетных сигналов и со вторым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом контрольного триггера, а S-вход D-триггера соединен с шиной начальной установки и со входом начальной установки счетчика импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить достоверность функционирования счетного устройства за счет обрывания счетного импульса на входе счетчика импульсов в коде Грея при появлении сигнала рассогласования на выходе схемы сравнения.

На фиг. 1 приведена электрическая схема счетного устройства с самоконтролем; на фиг.2 принципиальная электрическая схема управления счетчика импульсов в коде Грея.

Счетное устройство с самоконтролем (фиг. 1) содержит счетчик 1 импульсов в коде Грея, контрольный триггер 2, элемент 3 сравнения, D-триггер 4, элемент 5 И, шину 6 начальной установки, шину 7 управления, шину 8 счетных сигналов. Счетчик 1 импульсов в коде Грея содержит схему 9 управления, в каждом разряде счетный триггер 10 (10-1, 10-2, 10-3), в каждом разряде, кроме последнего, элемент 11 (11-1, 11-2) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элементы 11-1, 11-2 образуют сумматор по модулю два, выход элемента 11-1 первого разряда счетчика 1 является выходом сумматора по модулю два. Шина 6 начальной установки соединена с S-входом триггера 4, R-входом триггера 2 и с входами начальной установки триггеров 10 (10-1, 10-2, 10-3) разрядов счетчика 1. Шина 7 управления соединена с D-входом D-триггера 4. Шина 8 счетных сигналов соединена с С-входом D-триггера 4. Первый вход элемента 5 И соединен с прямым выходом D-триггера 4, второй вход - с шиной 8 счетных сигналов, а выход со счетными входами контрольного триггера 2 и счетчика 1. Выход сумматора по модулю два счетчика 1 соединен с первым (12) входом схемы 9 управления и с первым входом элемента 3 сравнения, второй вход которого соединен с прямым выходом контрольного триггера, а выход с R-входом D-триггера 4. Прямые выходы счетных триггеров 10-1,10-3 соединены соответственно с первым входом элемента 11-1 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с первым и вторым входами элемента 11-2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Выход элемента 11-2 соединен со вторым входом элемента 11-1. Прямые выходы счетных триггеров 10-1, 10-2 соединены соответственно со вторым (13) и третьим (14) входами схемы 9 управления. Инверсный выход счетного триггера 10-1 соединен с четвертым (15) входом схемы 9 управления. Счетные входы счетных триггеров 10-1,10-3 соединены с соответствующими первым (16), вторым (17) и третьим (18) выходами схемы 9 управления, пятый (19) вход которой является счетным входом счетчика 1. Элемент 3 сравнения выполнен в виде элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Схема 9 управления (фиг. 2) содержит первый (20), второй (21), третий (22), четвертый (23), пятый (24) элементы И и инвертор 25. Вход инвертора 25 соединен с первым входом элемента 21 И и является первым (12) входом схемы 9 управления. Выход инвертора 25 соединен с первым входом элемента 20 И, второй вход которого соединен со вторым входом элемента 21 И и является пятым (19) входом схемы 9 управления. Выход элемента 20 И является первым (16) выходом схемы 9 управления. Выход элемента 21 И соединен с первыми входами элементов 22, 23 И. Второй вход и выход элемента 22 И являются соответственно вторым (13) входом и вторым (17) выходом схемы 9 управления. Второй вход элемента 23 И является четвертым (15) входом схемы 9 управления. Выход элемента 23 И соединен с первым входом элемента 24 И, второй вход и выход которого являются соответственно третьим (14) входом и третьим (18) выходом схемы 9 управления.

Счетное устройство с самоконтролем работает следующим образом.

Под действием сигнала начальной установки, подаваемого по шине 6, контрольный триггер 2 и разрядные счетные триггеры 10-1,10-3 устанавливаются в нулевое исходное состояние. D-триггер 4 устанавливается под действием сигнала начальной установки в состояние "логическая 1". Если все разрядные триггеры 10-1,10-3 установились в нулевое состояние, на выходе элемента 11-1 сигнал "логический 0". Если контрольный триггер 2 установился в нулевое состояние, на выходе элемента 3 сигнал "логический 0", не препятствующий переключение D-триггера 4 в состояние "логическая 1" и формированию счетного сигнала на выходе элемента 5 И. Счетный импульс положительной полярности поступает по шине 8 устройства и через элемент 5 И проходит на счетные входы счетчика 1 и контрольного триггера 2. Переключение триггеров 2, 10-1,10-3 осуществляется по срезу счетного импульса, при этом триггер 2 переключается каждым счетным импульсом, поступающим по шине 8, триггеры 10-1,10-3 переключаются по логике однопеременного кода Грея. Логика кода Грея заключается в том, что при четных комбинациях кода, образуемого разрядами счетчика 1, происходит переключение триггера 10-1 первого разряда счетчика 1; при нечетных одного из триггеров 10-2 или 10-3, при этом переключается триггер того разряда, который следует за самым младшим разрядом, находящихся в состоянии "логическая 1". Распределение счетного импульса по разрядам счетчика 1 в соответствии с логикой кода Грея осуществляет схема 9 управления. При установке разрядов счетчика 1 в состояния, характеризуемые четными кодами, на входе 12 схемы 9 управления - сигнал "логический 0", на выходе инвертора 25 сигнал "логическая 1", в результате разрешается прохождение очередного счетного импульса через элемент 20 И на выход 16 схемы 9 управления. Так, поскольку к моменту прихода первого счетного импульса состояние счетчика 1 нулевое, первый счетный импульс проходит через элемент 20 И на переключение триггера 10-1 первого разряда счетчика 1.

После окончания первого счетного импульса на прямом выходе контрольного триггера 2 и на выходе элемента 11-1 сигналы "логическая 1", в результате на выходе элемента 3 сохраняется сигнал "логический 0". Некоторая разновременность в поступлении сигналов на входы элемента 3 и, как следствие, появление короткого помехового импульса на R-входе D-триггера 4 не приведет к нарушению работы устройства, поскольку по фронту очередного счетного импульса, поступающего по шине 8, D-триггер 4 переключается в состояние "логическая 1", и счетный импульс через схему 5 И пройдет на счетные входы триггера 2 и счетчика 1. Для переключения триггера 4 по тактовому входу в состояние "логическая 1" на шине 7 должен присутствовать управляющий сигнал "логическая 1". В случае, если на шине 7 присутствует сигнал "логический 0", D-триггер 4 переключится в состояние "логический 0", и счетные сигналы на счетных входах счетчика 1 и контрольного триггера 2 не формируются. К моменту прихода второго счетного импульса на выходе элемента 11-1 и на входе 12 схемы 9 управления - сигнал "логическая 1", в результате второй счетный импульс проходит через элемент 21 И на входы элементов 22, 23 И. Поскольку триггер 10-1 находится в состоянии "логическая 1", на входе 13 схемы 9 управления сигнал "логическая 1", элемент 23 И закрыт сигналом "логический 0", поступающим на вход 15 схемы 9 с инверсного выхода триггера 10-1. В результате второй счетный импульс проходит на выход 17 схемы 9 управления и вызывает переключение в состояние "логическая 1" триггера 10-2 второго разряда. Третий счетный импульс снова проходит на выход 16 схемы 9 управления и вызывает переключение в состояние "логический 0" триггера 10-1 первого разряда. Четвертый счетный импульс проходит через элементы 21, 23, 24 И на выход 18 схемы 9 управления и вызывает переключение триггера 10-3 третьего разряда счетчика 1.

Дальнейшее переключение разрядов счетчика 1 происходит в соответствии с вышеописанным алгоритмом кода Грея.

При нарушении работоспособности счетчика 1, выражающемся в непереключении какого-либо из его разрядных триггеров 10 очередным счетным сигналом, либо в переключении одновременно двух разрядных триггеров 10 счетчика 1 (что может быть следствием отказов элементов, входящих в состав этих триггеров или схемы 9 управления), либо при неустановке какого-либо разрядного триггера (10-1,10-3) в исходное состояние, на выходе элемента 3 формируется сигнал "логическая 1", блокирующий дальнейшую работу счетного устройства, предотвращая тем самым возможность формирования несанкционированных команд на выходах устройств, управляемых счетчиком 1.

При возникновении в схеме счетчика 1 импульсов высокочастотной паразитной генерации, являющейся следствием отказов элементов схемы и проявляющейся при поступлении на шину 8 устройства очередного счетного импульса, на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появятся импульсы положительной полярности, первым из которых D-триггер 4 установится в состояние "логический 0". При этом счетный импульс на входе счетчика 1 обрывается. При поступлении очередного счетного импульса по шине 8 процессы в схеме повторяются. Для того, чтобы счетчик 1 импульсов в случае указанного отказа не мог переключиться от короткого счетного импульса, поступающего на его счетный вход в течение времени, определяемого быстродействием элементов счетчика 1 и схемы контроля (триггеры 2, 4, элементы 3, 5), разрядные триггеры 10 (10-1,10-3) должны быть помехозащищенными, т.е. иметь в своем составе элементы динамической памяти, например, интегрирующие RCR-цепи, включаемые в цепи обратных связей триггеров. Для того, чтобы на выходе элемента 3 схемы контроля не сформировался ложный сигнал ошибки при рассогласовании работы счетчика 1 и контрольного триггера 2 за счет действия возможных помеховых сигналов, триггер 2 также должен быть выполнен помехозащищенным.

Таким образом, повышенная достоверность функционирования счетного устройства с самоконтролем, заключающаяся в исключении возможности несанкционированного переключения разрядов счетчика 1 при отказах элементов схемы устройства, обеспечивается за счет обрывания счетного импульса на входе счетчика 1 при появлении сигнала рассогласования на выходе элемента сравнения (на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ).

В институте изготовлен лабораторный макет счетного устройства с самоконтролем, испытания которого подтвердили его осуществимость и практическую ценность.

Область применения: счетное устройство с самоконтролем может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретения: устройство содержит счетчик 1 импульсов в коде Грея, контрольный триггер 2, элемент сравнения 3, D-триггер 4, элемент И 5, шину начальной установки 6, шину управления 7, шину счетных сигналов 8. 2 ил.

Счетное устройство с самоконтролем, содержащее счетчик импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два, контрольный триггер, элемент сравнения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом сумматора по модулю два счетчика импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два и с прямым выходом контрольного триггера, а вход счетных сигналов счетчика импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два соединен со счетным входом контрольного триггера, отличающееся тем, что в него введены D-триггер и элемент И, первый вход которого соединен с прямым выходом D-триггера, D-вход которого соединен с шиной управления, C-вход с шиной счетных сигналов и с вторым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом контрольного триггера, а S-вход D-триггера соединен с шиной начальной установки счетчика импульсов в коде Грея с сумматором по модулю два.