УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАЖОРИТАРНОГО ВЫБОРА СИГНАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК G06F11/18 H05K10/00 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении высоконадежных устройств и систем, например резервированных систем для обработки числоимпульсных кодов, устройств для анализа и сравнения импульсных последовательностей и т.д.

Известны устройства мажоритарного резервирования [1]. Они содержат мажоритарный элемент, который позволяет при появлении сигналов на двух входах формировать сигнал на выход и таким образом выделять момент появления второго (среднего из трех поступающих на вход) сигнала.

Однако эти устройства не могут самостоятельно выбирать из нескольких числоимпульсных последовательностей ту, в которой содержится среднее количество импульсов.

Известно устройство для мажоритарного выбора асинхронных сигналов - прототип, описание которого представлено в [2]. В данном решении происходит выбор из трех числоимпульсных последовательностей той, в которой содержится среднее количество импульсов. Устройство содержит резервируемые блоки, мажоритарный элемент, в каждом канале реверсивный счетчик, элементы ИЛИ, элементы И, элементы И-НЕ, инверторы, элемент сравнения, элемент задержки. Входы первого и второго элементов И-НЕ подключены к первым входам, соответственно, четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены, соответственно, с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а второй вход пятого элемента И соединен с выходом мажоритарного элемента, выход которого является выходом устройства. Выход резервируемого блока в каждом канале соединен через первый элемент И, элемент задержки, первый элемент ИЛИ с первым входом четвертого элемента И. Выходы информационных разрядов реверсивного счетчика соединены через второй элементы ИЛИ с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с соответствующим входом мажоритарного элемента.

Задачи данного типа приходится решать при обработке информации от различных датчиков, время работы которых велико. Для нормальной работы устройства его счетчики не должны переполняться, иначе может быть потеряна часть информации, что недопустимо во многих случаях. Поэтому для компенсации большого рассогласования в работе датчиков, отказа одного из датчиков или при длительной работе устройства необходимо предусматривать защиту реверсивных счетчиков от переполнения путем запрета счета после достижения последними определенного состояния. В прототипе для запрета счета используется схема управления, содержащая большое число логических элементов, что приводит к низкой надежности устройства.

Задача изобретения - повышение надежности за счет снижения аппаратных затрат.

Эта задача достигается тем, что в устройстве, содержащем мажоритарный элемент, n каналов, каждый из которых включает m разрядный реверсивный счетчик, первый и второй элементы И, первый и второй элементы И-НЕ, при этом выходы первого и второго элементов И-НЕ подключены к первым входам, соответственно, первого и второго элементов И, выходы которых соединены, соответственно, с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а второй вход первого элемента И соединен с выходом мажоритарного элемента, выход которого является выходом устройства, дополнительно первые входы первого и второго элементов И-НЕ каждого канала соединены, соответственно, с прямым и инверсным выходами (m-1)-го разряда реверсивного счетчика, а вторые входы этих элементов И-НЕ соединены, соответственно, с инверсным и прямым выходами m-го разряда реверсивного счетчика, второй вход второго элемент И соединен с входом данного канала устройства, а выход m-го разряда реверсивного счетчика каждого канала соединен с соответствующим входом мажоритарного элемента.

На чертеже приведена блок-схема устройства для мажоритарного выбора сигналов, где 1 - мажоритарный элемент, 2 - реверсивный счетчик, 3 - первый элемент И, 4 - второй элемент И, 5 - первый элемент И-НЕ, 6 - второй элемент И-НЕ.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов содержит мажоритарный элемент 1 и n каналов. Первые входы первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ каждого канала соединены, соответственно, с прямым и инверсным выходами (m-1)-го разряда реверсивного счетчика 2 этого канала, а вторые входы этих элементов И-НЕ соединены, соответственно, с инверсным и прямым выходами m-го разряда реверсивного счетчика 2 этого канала. Выходы первого 5 и второго 6 элементы И-НЕ каждого канала подключены к первым входам, соответственно, первого 3 и второго 4 элемента И этого канала. Выходы первого 3 и второго 4 элемента И каждого канала соединены, соответственно, с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 2 этого канала, а вторые входы этих элементов И соединены, соответственно, с выходом мажоритарного элемента 1 и входом данного канала устройства. Выход m-го разряда реверсивного счетчика 2 каждого канала соединен с соответствующим входом мажоритарного элемента 1, выход которого является выходом устройства.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов работает следующим образом (для наглядности примем n = 3 и, что все реверсивные счетчики находятся в нулевом состоянии, а логической единице соответствует высокий уровень сигнала). В этом случае нулевые уровни с прямых выходов (m-1)-го и m-го разрядов реверсивного счетчика 2 поступают на вторые входы первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ, в результате чего на их выходах будет высокий уровень, который и поступит на первые входы первого 3 и второго 4 элементов И. Импульс, поступив на один из входов (например, первый) устройства, пройдет через второй вход второго элемента И 4 (на его первом входе высокий разрешающий уровень) на вычитающий вход реверсивного счетчика 2 и переведет его в состояние "минус 1" (во всех разрядах единицы). В результате высокий уровень с его прямого выхода старшего разряда m поступит на первый вход мажоритарного элемента 1. А нулевые уровни с инверсных выходов (m-1)-го и m-го разрядов реверсивного счетчика 2 поступят на первые входы первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ, в результате чего на их выходах останется высокий уровень. После того, как на любой другой вход устройства, например второй, поступит импульс, он также будет воспринят реверсивным счетчиком своего канала. В результате высокий уровень с прямого выхода его старшего разряда попадет на второй вход мажоритарного элемента 1. При наличии двух единиц на входах трехразрядного мажоритарного элемента 1 на его выходе появится высокий уровень, который поступит на выход устройства и на вторые входы первых элементов И 2 каждого канала, пройдя через которые, поступит на суммирующие входы всех реверсивных счетчиков 2. В результате чего их состояние увеличится на единицу - реверсивный счетчик 1-го канала и реверсивный счетчик 2-го канала будут обнулены, а реверсивный счетчик 3-го канала перейдет в состояние "+1" (единица в младшем разряде). Т.е. устройство, как и прототип, выберет среднюю последовательность - на выход будет поступать такое же количество импульсов, что и в последовательности, содержащей их среднее количество. При поступлении на входы устройства трех импульсных последовательностей, содержащих разное количество импульсов, один реверсивный счетчик (на входы которого поступает максимальное количество импульсов) будет находиться в некотором отрицательном состоянии. Счетчик, на входы которого поступает среднее количество импульсов, будет находиться в нулевом состоянии и реверсивный счетчик, на входы которого поступает минимальное количество импульсов, будет находиться в некотором положительном состоянии.

Рассмотрим работу устройства для мажоритарного выбора сигналов в случае переполнения реверсивного счетчика 2. Пусть, например, реверсивный счетчик 1-го канала 2 находится в некотором отрицательном состоянии (в его (m-1)-ом и m-ом разряде 1). При его отрицательном переполнении в (m-1)-ом разряде появится ноль - низкий уровень на прямом выходе и высокий на инверсном выходе (m-1)-ого разряда, последний поступит на первый вход второго элемента И-НЕ 6. В результате на выходе второго элемента И-НЕ 6 появится низкий уровень, который поступит на первый вход второго элемента И 4 и запретит ему пропускать очередной информационный импульс с первого входа устройства. Ближайшим импульсом с выхода мажоритарного элемента 1 состояние реверсивного счетчика 2 будет увеличено на единицу, в его (m-1)-ом разряде появится 1, т.е. реверсивный счетчик 2 не может быть заполнен больше, чем до уровня ноль в (m-1)-ом разряде при отрицательном переполнении. В случае нахождения реверсивного счетчика 2 в некотором положительном состоянии (в его (m-1)-ом и m-ом разряде ноль) и при его положительном переполнении в (m-1)-ом разряде появится единица - высокий уровень на прямом выходе (m-1)-ого разряда, последний поступит на первый вход первого элемента И-НЕ 5. В результате на выходе первого элемента И-НЕ 5 появится низкий уровень, который поступит на первый вход первого элемента И 3 и запретит ему пропускать очередной импульс с выхода мажоритарного элемента 1 на суммирующий вход реверсивного счетчика 2. Ближайшим импульсом с первого входа устройства состояние реверсивного счетчика 2 будет уменьшено на единицу, т.е. реверсивный счетчик 2 не может быть заполнен больше, чем до уровня единица в (m-1)-ом разряде при положительном переполнении, что обеспечивает работоспособность устройства при любом количестве входных импульсов.

Положительный эффект от использования устройства для мажоритарного выбора сигналов заключается в том, что в предлагаемом устройстве в каждом канале содержится всего по 5 логических элементов, в то время как у прототипа их по 14, что позволяет сделать вывод о соответствующем росте надежности.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

В качестве элементов для реализации устройства можно использовать логические элементы цифровых микросхем любых серий, например 564 и т.д.

Литература
1. Справочник. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. Б.В. Шевкопляс, Радио и связь, 1993, с. 47.

2. Авторское свидетельство СССР N 1215113, кл. G 06 F 11/18. Устройство для мажоритарного выбора асинхронных сигналов.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано при построении высоконадежных устройств и систем, например резервированных систем для обработки числоимпульсных кодов, устройств для анализа и сравнения импульсных последовательностей и т.д. В устройстве происходит запрет при помощи первого 3 и второго 4 элементов И записи очередных импульсов в реверсивный счетчик 2 при достижении им определенного состояния, которое контролируется первым 5 и вторым 6 элементами И-НЕ. Это не дает реверсивному счетчику 2 переполниться и изменить состояние знакового разряда, что необходимо для правильной работы устройства, и позволяет обойтись малыми аппаратными затратами, а как следствие получить высокую надежность. 1 ил.

Устройство для мажоритарного выбора сигналов, содержащее мажоритарный элемент, n каналов, каждый из которых включает m-разрядный реверсивный счетчик, первый и второй элементы И, первый и второй элементы И - НЕ, при этом выходы первого и второго элементов И - НЕ подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а второй вход первого элемента И соединен с выходом мажоритарного элемента, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что первые входы первого и второго элементов И - НЕ каждого канала соединены соответственно с прямым и инверсным выходами (m - 1)-го разряда реверсивного счетчика, а вторые входы этих элементов Н - НЕ соединены соответственно с инверсным и прямым выходами m-го разряда реверсивного счетчика, второй вход второго элемента И соединен с входом данного канала устройства, а выход m-го разряда реверсивного счетчика каждого канала соединен с соответствующим входом мажоритарного элемента.