ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК Российский патент 2001 года по МПК H03K25/00 H03K27/00 

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

Известен помехоустойчивый кольцевой счетчик (см, патент РФ N 1612946 от 29.06.89 г., МКИ H 03 K 25/00, "Кольцевой счетчик" авторов Г.В.Даниленко, Р. Ф. Зубаерова и А.Я.Рыбакова, опубл. 15.11.94 г., БИ N 21), содержащий четыре группы по n элементов И, две группы по n элементов ИЛИ, две группы по n RC-элементов, два элемента ИЛИ-НЕ, два инвертора, входную шину и шину сброса. Первый и второй входы первого элемента ИЛИ-НЕ соединены, соответственно, с входной шиной и шиной сброса, которая соединена с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, с первыми входами элементов И первой и второй групп и через первый из инверторов - с первыми входами элементов И третьей группы. Выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с первыми входами элементов И четвертой группы, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ первой группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И первой группы, а выходы через соответствующие RC-элементы первой группы - со вторыми входами соответствующих элементов И второй группы. Выходы элементов И второй группы соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ второй группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И третьей группы. Выходы элементов ИЛИ второй группы соединены со вторыми входами соответствующих элементов И первой группы и через соответствующие RC-элементы второй группы - с вторыми входами соответствующих элементов И третьей группы. Вторые входы с первого по (n-1)-й элемент И первой группы соединены со вторыми входами, соответственно, со второго по n-й элемент И четвертой группы, а второй вход n-го элемента И первой группы через второй инвертор соединен со вторым входом первого элемента И четвертой группы.

Недостатком данного кольцевого счетчика является его сложность при нечетном количестве разрядов, обусловленная принятой схемотехнической реализацией алгоритма функционирования счетчика, выполненной с применением сравнительно большого количества групп элементов (четырех групп элементов И, двух групп элементов ИЛИ и двух групп RC-элементов), причем количество элементов в каждой из упомянутых групп по мере увеличения количества разрядов счетчика пропорционально увеличивается, при этом все более усложняются и без того сложные взаимные связи между элементами счетчика.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является помехоустойчивый кольцевой счетчик с нечетным количеством информационных разрядов (см. патент РФ N 2036557 от 05.10.90 г., МКИ H 03 K 25/00, "Кольцевой счетчик", авторы - Г.И.Шишкин и Р.Ф.Зубаеров, опубл. 27.05.95 г., БИ N 15), содержащий устройство анализа, шесть элементов ИЛИ-НЕ, два элемента И, два инвертора, элемент ИЛИ, RC-элемент, две группы по (n+1) элементов И, где n - количество информационных разрядов счетчика, группу из (n+1) элементов ИЛИ, группу из (n+1) 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 из элементов И, а выход - с первым входом второго из элементов И. Выходы элементов И соединены с соответствующими входами 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. 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 со второго по (n+1)-й элемент И которой подключены к выходам, соответственно, с первого по n-й RC-элемент из группы RC-элементов и к соответствующим выходным шинам. Выход каждого элемента ИЛИ из группы элементов ИЛИ соединен с соответствующим входом устройства анализа, выход которого подключен ко второму входу первого из элементов И, выход RC-элемента соединен со вторым входом второго из элементов И. Выход элемента ИЛИ соединен 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 с первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ-НЕ. Выход третьего элемента ИЛИ-НЕ соединен со вторыми входами нечетных элементов И первой группы и пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со вторыми входами нечетных элементов И второй группы. Выход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен со вторыми входами четных элементов И, кроме (n+1)-го элемента И, первой группы и шестого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со вторыми входами четных элементов И, кроме (n+1)-го элемента И, второй группы. Вторые входы (n+1)-х элементов И первой и второй групп подключены к выходам, соответственно, первого и второго элементов ИЛИ-НЕ.

Недостатком этого кольцевого счетчика является сложность его схемы, обусловленная принятой схемотехнической реализацией выбранного алгоритма работы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более простого помехоустойчивого кольцевого счетчика с нечетным количеством информационных разрядов.

Технический результат, заключающийся в упрощении схемы, достигается тем, что в кольцевой счетчик, содержащий пять элементов ИЛИ-НЕ, два инвертора, RC-элемент записи, анализатор состояния разрядов счетчика, группу из (n+1) RC- элементов записи, где n - нечетное число, равное количеству информационных разрядов счетчика, входную шину и шину сброса, соединенную с первыми входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, вторые входы второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены, соответственно, с выходами четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ, первый вход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен с входами RC-элемента записи и первого инвертора, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ объединены, входы анализатора состояния разрядов счетчика соединены с входами первых (n-1) RC-элементов записи из группы RC-элементов записи, введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент, группа из (n+1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и группа из (n+1) мажоритарных элементов, причем входная шина через второй инвертор соединена со вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ и непосредственно - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом анализатора состояния разрядов счетчика и с первым входом мажоритарного элемента, второй, третий входы и выход которого соединены, соответственно, с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выходом и входом RC-элемента записи, первые входы нечетных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, первые входы четных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, кроме (n+1)-го, из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, первый вход (n+1)-го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с входной шиной, второй вход и выход каждого из элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с первым и вторым входами соответствующего ему мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов, третий вход и выход каждого мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединены, соответственно, с выходом и входом соответствующего ему RC-элемента записи из группы RC-элементов записи, выход каждого мажоритарного элемента, кроме (n+1)-го, из группы мажоритарных элементов соединен со вторым входом последующего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход (n+1)-го мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Указанная совокупность признаков позволяет упростить кольцевой счетчик при нечетном количестве информационных разрядов путем уменьшения количества групп логических элементов, содержащих по (n+1) элементов, за счет изменения способа записи новых состояний счетчика в RC-элементы записи разрядов и результатов анализа состояний счетчика на нечетность - в RC-элемент записи.

Функциональная схема кольцевого счетчика (в пятиразрядном варианте) приведена на фиг. 1, схема анализатора состояния разрядов счетчика - на фиг. 2, схема одного RC-элемента записи - на фиг. 3, сравнительные затраты на реализацию прототипа и заявляемого счетчика приведены в таблице.

Кольцевой счетчик (см. фиг. 1) содержит анализатор 1 состояния разрядов счетчика, элемент 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группу элементов 3...8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент 9, группу 10...15 мажоритарных элементов, первый 16 и второй 17 инверторы, первый 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 и пятый 22 элементы ИЛИ-НЕ, RC-элемент 23 записи, группу 24...29 RC-элементов записи, входную 30 шину и шину 31 сброса. Входная 30 шина соединена с первыми входами элементов 2, 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и с входом инвертора 17, выход которого соединен со вторыми входами элементов 21, 22 ИЛИ-НЕ. Шина 31 сброса соединена с первыми входами элементов 18, 19, 20 ИЛИ-НЕ. Первый вход элемента 21 ИЛИ-НЕ соединен с выходом мажоритарного элемента 9 и с входом инвертора 16, выход которого соединен с первым входом элемента 22 ИЛИ-НЕ, выходы элементов 21, 22 ИЛИ-НЕ соединены, соответственно, со вторыми входами элементов 19, 20 ИЛИ-НЕ. Выход элемента 19 ИЛИ-НЕ соединен с первыми входами элементов 3, 5, 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента 20 ИЛИ-НЕ соединен с первыми входами элементов 4, 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Входы анализатора 1 соединены с выходами мажоритарных элементов 10. ..15, выход соединен со вторым входом элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и с первым входом мажоритарного элемента 9, второй, третий входы и выход которого соединены, соответственно, с выходом элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выходом и входом RC-элемента 23. Первые входы мажоритарных элементов 10...15 соединены, соответственно, со вторыми входами элементов 3. ..8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы - с выходами соответствующих элементов 3. . .8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третьи входы - соответственно с выходами соответствующих RC-элементов 24. . .29, выходы - с входами соответствующих RC-элементов 24...29. Выходы мажоритарных элементов 10...14 соединены, соответственно, со вторыми входами элементов 4...8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход мажоритарного элемента 15 соединен со вторым входом элемента 18 ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом мажоритарного элемента 10.

Кольцевой счетчик выполнен на интегральных микросхемах и дискретных резисторах и конденсаторах, при этом анализатор 1 выполнен на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 32...34 (см. фиг. 2), а RC-элементы 23...29 выполнены по одинаковой схеме на двух резисторах 35, 36 и конденсаторе 37 (см. фиг. 3). Резистор на выходе указанных RC-элементов не является обязательным элементом, он нужен лишь в частных случаях, например, для защиты входов микросхем отдельных серий, включенных к выходам RC-элементов, от перегрузки по входному току.

Информация о состояниях кольцевого счетчика может быть снята с выходов мажоритарных элементов 10...14 или (если длинные фронты и срезы сигналов допустимы для нагрузок) с выходов RC-элементов 24...28. Элемент 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент 15 и RC-элемент 29 составляют дополнительный неинформационный разряд кольцевого счетчика, который используется для организации записи информации в первый разряд счетчика после заполнения всех разрядов единицами или нулями.

Построение кольцевого счетчика с количеством информационных разрядов больше, чем показано на фиг. 1, осуществляется путем увеличения количества элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарных элементов и RC-элементов в соответствующих группах и количества входов анализатора 1. При этом количество элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входящих в анализатор 1, увеличивается на число, равное количеству добавляемых к счетчику разрядов, а общее количество его входов всегда на единицу меньше количества информационных разрядов счетчика.

Работает кольцевой счетчик следующим образом.

Перед работой счетчик устанавливается в исходное нулевое состояние подачей по шине 31 сброса импульсного сигнала с уровнем логической "1" (здесь и далее в тексте уровни сигналов соответствуют счетчику, реализованному на базе микросхем с положительной логикой). При этом в течение длительности импульса сброса на выходах элементов 18, 19, 20 ИЛИ-НE поддерживаются уровни логического "0", следовательно, на выходах элементов 3...7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ также будут поддерживаться уровни логического "0". При наличии на двух входах сигналов с уровнем логического "0" на выходе мажоритарного элемента 10 поддерживается уровень логического "0", поэтому начинается разряд конденсатора RC-элемента 24 (если он до этого был в заряженном состоянии) через малое выходное сопротивление мажоритарного элемента 10. Следует отметить, что постоянная времени RC-элементов 24...29 (23) выбрана таким образом, чтобы в течение импульсов (в интервале между импульсами) на любом из управляющих входов счетчика - на шине 31 сброса или входной шине 30 - конденсаторы указанных RC-элементов успели разрядиться до уровня логического "0" или зарядиться до уровня логической "1".

После разряда конденсатора RC-элемента 24 уровень логического "0" поступает и на третий вход мажоритарного элемента 10, надежно фиксируя уровень логического "0" на выходе последнего.

Сигнал с уровнем логического "0" с выхода мажоритарного элемента 10 поступает на второй вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и на первый вход мажоритарного элемента 11, в результате на выходе последнего до окончания импульса сброса поддерживается уровень логического "0", что приводит к разряду конденсатора RC-элемента 25 (если он до этого был в заряженном состоянии). Аналогично и последовательно происходит появление уровней логического "0" на выходах мажоритарных элементов 12...14 и разряд конденсаторов RC-элементов 26...28. В результате до окончания импульса сброса конденсаторы RC-элементов 24. ..28 успевают разрядится, то есть в информационные разряды счетчика оказывается "записанным" код (00000) исходного нулевого состояния счетчика.

Установка в исходное нулевое состояние вспомогательного разряда счетчика, включающего в себя элемент 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент 15 и RC-элемснт 29, производится после окончания импульса сброса и происходит это следующим образом.

В тот момент, когда с шины 31 сброса снимается импульс сброса (как и в любое время при отсутствии счетных импульсов), на входной шине 30 присутствует уровень логического "0", который "дежурит" на первом входе элемента 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на второй вход которого и на первый вход мажоритарного элемента 14 еще до окончания импульса сброса с выхода мажоритарного элемента 14 поступает уровень логического "0". В результате на выходе элемента 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается уровень логического "0", к двум входам мажоритарного элемента 15 оказываются приложенными уровни логического "0", который будет поддерживаться и на его выходе. При этом начинается разряд конденсатора RC-элемента 29 (если он был в заряженном состоянии), который должен завершиться до поступления счетных импульсов по входной шине 30.

В течение длительности импульса сброса после разряда конденсаторов RC-элементов 24. . .28 происходит разряд конденсатора RC-элемента 23: с выхода анализатора 1 уровень логического "0" поступает на первый вход мажоритарного элемента 9 и на второй вход элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (на первом входе которого в это время имеется уровень логического "0"), с выхода которого сигнал с уровнем логическою "0" поступает на второй вход мажоритарного элемента 9, на выходе которого устанавливается уровень логического "0", что приводит к разряду конденсатора RC-элемента 23 (если он был в заряженном состоянии). Следует отметить, что разряд этого конденсатора завершается до окончания импульса сброса, но может, в принципе, продолжаться и после окончания импульса сброса, так как на выходе мажоритарного элемента 9 уровень логического "0" поддерживается и после снятия импульса сброса. Необходимо только, чтобы процесс разряда завершился до поступления счетных импульсов (до поступления очередного счетного импульса, когда счетчик работает в режиме счета).

После окончания импульса сброса на входной шине 30, на шине 31 сброса, на выходе анализатора 1, на выходах элементов 2...8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарных элементов 9. ..15 и элементов 21, 22 ИЛИ-НЕ поддерживаются уровни логического "0", на выходах инверторов 16, 17 и элементов 18...20 ИЛИ-НЕ - уровни логической "1", конденсаторы RC-элементов 23...29 разряжены. Такое исходное (нулевое) состояние счетчика сохраняется до подачи счетных импульсов по входной шине 30.

При поступлении по входной шине 30 первого счетного импульса (с уровнем логической "1") на выходе инвертора 17 устанавливается уровень логического "0", а на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - уровень логической "1", который поступает на второй вход мажоритарного элемента 9. Однако при этом на выходе мажоритарного элемента 9 уровень логического "0" (результат анализа предыдущего исходного состояния разрядов счетчика) сохраняется в течение всего счетного импульса (см. ниже). Следовательно, на первом входе элемента 21 ИЛИ-НЕ будет уровень логического "0", на выходе инвертора 16 - уровень логической "1". При этом на выходе элемента 21 ИЛИ-НЕ появляется уровень логической "1", на выходе элемента 19 ИЛИ-НЕ - уровень логического "0", на выходе элемента 22 ИЛИ-НЕ сохраняется уровень логического "0", на выходах элементов 18, 20 ИЛИ-НЕ - уровень логической "1". При указанной комбинации сигналов на выходах элементов 18...20 ИЛИ-НЕ на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и на выходе мажоритарного элемента 10 устанавливается уровень логической "1", начинается заряд конденсатора RC-элемента 24, а после его заряда уровень логической "1" поступает и на третий вход мажоритарного элемента 10, надежно фиксируя на его выходе уровень логической "1". Уровни сигналов (уровни логического "0") на выходах мажоритарных элементов 9...11 остаются неизменными. Например, при поступлении уровня логической "1" с выхода мажоритарного элемента 10 на первый вход мажоритарного элемента 11 на второй вход последнего одновременно с выхода элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступает уровень логического "0", а поскольку на третьем входе мажоритарного элемента 11 в это время поддерживается уровень логического "0" с выхода RC-элемента 25, то уровень логического "0" на выходе мажоритарного элемента 11 сохраняется. На выходах мажоритарных элементов 12, 14 и 13, 15 уровень логического "0" сохраняется по той причине, что у первых двух на всех их входах имеются уровни логического "0", а у третьего и четвертого уровни логического "0" имеются на их первых и третьих входах.

Таким образом, при поступлении первого счетного импульса на выходах мажоритарных элементов 10... 14 информационных разрядов счетчика сразу устанавливается код (10000) нового состояния счетчика, то есть код числа 1. После заряда конденсатора RC-элемента 24 и поступления уровня логической "1" на третий вход мажоритарного элемента 10 указанный код уже целиком оказывается "записанным" в память счетчика ("запоминается" конденсаторами RC-элементов 24...28) и сохраняется неизменным на выходах мажоритарных элементов 10. ..14 вплоть до поступления следующего счетного импульса, благодаря наличию обратной связи с выходов RC-элементов 24...28 на третьи входы мажоритарных элементов 10...14 и инерционности указанных RC-элементов.

Анализатор 1 постоянно анализирует состояния разрядов счетчика и при появлении кода 1000 на выходах мажоритарных элементов 10...13 (входы анализатора 1 связаны с выходами мажоритарных элементов только первых (n-1) разрядов счетчика) после поступления первого счетного импульса сразу выдает сигнал (уровень логической "1") о нечетном количестве единиц в коде. Однако этот сигнал в течение счетного импульса не приводит, как было указано выше, к изменению уровня сигнала (логического "0") на выходе мажоритарного элемента 9, поскольку поступление сигнала с уровнем логической "1" на первый вход мажоритарного элемента 9 приводит к одновременному появлению сигнала с уровнем логического "0" на его втором входе с выхода элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Возможные кратковременные совпадения сигналов с уровнем логической "1" на первом и втором входах мажоритарного элемента 9 при смене сигналов из-за различия задержки сигналов в логических элементах не приводят к изменению постоянного уровня сигнала на выходе мажоритарного элемента 9, поскольку в цепи обратной связи последнего имеется интегрирующий RC-элемент 23. Изложенное об особенности сохранения "постоянного" уровня сигнала на выходе мажоритарного элемента 9 при смене уровней сигналов на его входах справедливо и для мажоритарных элементов 10...15.

После окончания первого счетного импульса на выходе инвертора 17 восстанавливается исходный уровень логической "1", на выходе анализатора 1 сохраняется уровень логической "1" (сигнал о нечетном количестве единиц в коде текущего состояния счетчика), на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появляется уровень логической "1". При этом на первом и втором входах мажоритарного элемента 9 оказываются приложенными уровни логической "1", на его выходе появляется уровень логической "1", и начинается заряд конденсатора RC-элемента 23. После его заряда и поступления уровня логической "1" на третий вход мажоритарного элемента 9 уровень логической "1" на его выходе надежно фиксируется. Здесь следует отметить, что этот уровень сигнала на выходе мажоритарного элемента 9 сохранится до конца следующего (в данном случае - второго) счетного импульса, то есть этот мажоритарный элемент и RC-элемент 23 меняют свои состояния в интервале между счетными импульсами, и состояние выхода мажоритарного элемента 9 используется для "записи" единицы (или нуля) в следующий четный или нечетный разряд кольцевого счетчика, работающего в коде Либау-Крейга.

При поступлении второго счетного импульса на выходе инвертора 17 и на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается уровень логического "0", на выходе мажоритарного элемента 9 сохраняется уровень логической "1". На выходе элемента 21 ИЛИ-НЕ сохраняется уровень логического "0", на выходе элемента 19 ИЛИ-НЕ - уровень логической "1", на выходе элемента 22 ИЛИ-НЕ появляется уровень логической "1", что вызывает появление уровня логического "0" на выходе элемента 20 ИЛИ-НЕ.

Поскольку при поступлении второго счетного импульса уровни сигналов на выходах элементов 18 ИЛИ-НЕ и 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ не изменились, то уровни сигналов на входах мажоритарного элемента 10 также остаются неизменными, а на его выходе сохраняется уровень логической "1". На первый вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с выхода элемента 20 ИЛИ-НЕ поступает уровень логического "0", а на второй вход - уровень логической "1" с выхода мажоритарного элемента 10. Следовательно, на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появляется уровень логической "1" и поступает на второй вход мажоритарного элемента 11. А поскольку на двух входах (на первом и втором) этого элемента присутствуют уровни логической "1", то на его выходе появляется уровень логической "1", который после заряда конденсатора RC-элемента 25 и поступления уровня логической "1" на третий вход мажоритарного элемента 11 надежно фиксируется, то есть единичная информация "записывается" во второй разряд счетчика. Уровень логической "1" с выхода мажоритарного элемента 11 поступает также на первый вход мажоритарного элемента 12 и на второй вход элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В это время на первом входе элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ присутствует уровень логической "1", поэтому на его выходе будет уровень логического "0". При наличии уровней логического "0" на двух (втором и третьем) входах мажоритарный элемент 12 сохраняет на своем выходе уровень логического "0", то есть единичная информация в третий разряд счетчика не записывается. Сохраняют на выходах уровень логического "0" и мажоритарные элементы 13, 14, 15 по той причине, что у первого в это время уровни логического "0" присутствуют на всех трех входах, а у второго и третьего - на двух входах (первом и третьем).

Таким образом, при поступлении второго счетного импульса после заряда конденсатора RC-элемента 25 в информационные разряды счетчика оказывается "записанным" код 11000, то есть код числа 2, а вспомогательный разряд остается в нулевом состоянии. Изменение уровня сигнала (вместо логической "1" - логический "0") на выходе анализатора 1 в течение длительности второго счетного импульса (после появления уровня логической "1" на выходе мажоритарного элемента 11) не приводит, как было указано выше, к изменению уровня сигнала на выходе мажоритарного элемента 9 и не мешает "записи" единичной информации во второй разряд счетчика. После окончания второго счетного импульса на выходе мажоритарного элемента 9 устанавливается и поддерживается (до окончания следующего счетного импульса) уровень логического "0".

При поступлении третьего, четвертого и пятого счетных импульсов функциональные элементы счетчика работают аналогично, при этом единичная информация "записывается" последовательно в третий, четвертый и пятый разряды счетчика. При "записи" единицы в пятый разряд счетчика после поступления пятого счетного импульса с выхода мажоритарного элемента 14 уровень логической "1" поступает на первый вход мажоритарного элемента 15 и на второй вход элемента 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Так как на первом входе последнего в это время также присутствует уровень логической "1", на его выходе в течение пятого счетного импульса будет поддерживаться уровень логического "0". В результате в течение пятого счетного импульса на двух (втором и третьем) входах мажоритарного элемента 15 будут присутствовать уровни логического "0" и на его выходе сохраняется исходный уровень логического "0". После окончания пятого счетного импульса на первый вход элемента 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступает уровень логического "0", на выходе последнего появляется уровень логической "1", при этом на двух входах (первом и втором) мажоритарного элемента 15 оказываются приложенными уровни логической "1" и на его выходе появляется также уровень логической "1". Этот уровень поступает на второй вход элемента 18 ИЛИ-НЕ и на вход RC-элемента 29 и начинается заряд его конденсатора. После заряда конденсатора RC-элемента 29 и поступления уровня логической "1" на третий вход мажоритарного элемента 15 на его выходе уже имеющийся уровень логической "1" надежно фиксируется.

Уровень логической "1", поступивший на второй вход элемента 18 ИЛИ-НЕ, поддерживает на выходе последнего, а также на первом входе мажоритарного элемента 10 и на втором входе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ уровни логического "0".

Уровень логического "0", установившийся на выходе мажоритарного элемента 9 после окончания четвертого счетного импульса сохраняется не только в течение пятого счетного импульса, но и после его окончания, так как анализатор 1 анализирует состояния только первых (n-1) четных информационных разрядов (в нашем случае - четырех) счетчика. Поэтому при поступлении шестого счетного импульса уровень логического "0" (разрешение на "запись" информации) опять поступает с выхода элемента 19 ИЛИ-НЕ на входы нечетных разрядов счетчика. При этом на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появляется уровень логического "0", следовательно, на двух входах (первом и втором) мажоритарного элемента 10 оказывается уровень логического "0", что приводит к появлению уровня логического "0" на его выходе. В результате конденсатор RC-элемента начинает разряжаться, этот процесс завершается до окончания шестого счетного импульса, при этом поступающий на третий вход мажоритарного элемента 10 уровень логического "0" надежно фиксирует на его выходе уже имеющийся уровень логического "0". Уровни сигналов на выходах мажоритарных элементов 11.. . 15, то есть состояния остальных разрядов счетчика остаются в течение шестого счетного импульса без изменения.

Таким образом, при поступлении шестого счетного импульса счетчик принимает состояние 01111, соответствующее числу 6.

При поступлении седьмого - десятого счетных импульсов нулевая информация последовательно "записывается" во второй - пятый информационные разряды счетчика, а в интервале между десятым и одиннадцатым счетными импульсами нулевая информация "записывается" и во вспомогательный разряд счетчика, то есть он возвращается в исходное нулевое состояние. При поступлении последующих счетных импульсов описанный выше цикл работы счетчика повторяется.

Таким образом, при поступлении счетных импульсов заявляемый кольцевой счетчик, как и прототип, сначала постепенно заполняется единицами, а затем (после "записи" единицы в последний информационный разряд) - нулями, то есть изменение его состояний происходит в соответствии с однопеременным кодом Либау-Крейга. При этом счетчик свое текущее состояние изменяет только в том случае, если длительность счетного импульса достаточна для "записи" единицы или нуля на конденсатор RC-элемента соответствующего разряда счетчика, а пауза между счетными импульсами достаточна для перезаписи состояния последнего информационного разряда во вспомогательный разряд и результата анализа на четность текущего состояния счетчика - на конденсатор RC-элемента 23. Здесь под "записью" понимается перезаряд конденсаторов соответствующих RC-элементов от уровня логического "0" до уровня логической "1" и наоборот.

Необходимо отметить, что при наличии сигнала на шине 31 сброса счетчик не реагирует на счетные импульсы на входной шине 30, то есть шина 31 сброса обладает, как и у прототипа, приоритетом перед входной шиной 30.

Из описания работы видно, что заявляемый кольцевой счетчик обладает всеми функциональными возможностями прототипа, но при этом имеет более простую схему (меньшее количество функциональных логических элементов и более простую топологию из-за меньшего количества связей между функциональными элементами). В таблице приведены сравнительные данные по затратам на реализацию прототипа и заявляемого счетчика при одинаковых количествах разрядов (n) на базе микросхем серии 564 и дискретных RC-элементов (затраты микросхем даны в корпусах).

Из данных приведенной таблицы видно, что при одинаковых (нечетных) количествах разрядов заявляемый кольцевой счетчик имеет, даже без учета упрощения топологии, заметное преимущество - реализуется при меньшем количестве (на 27...32,6%) корпусов микросхем.

Указанное упрощение заявляемого помехоустойчивого кольцевого счетчика по сравнению с прототипом при нечетном количестве разрядов достигнуто путем изменения алгоритма его работы за счет использования новых функциональных элементов (мажоритарных элементов и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Изменение алгоритма работы при этом заключается в том, что в заявляемом счетчике при изменении текущего состояния счетчика после поступления очередного счетного импульса участвуют не все четные или нечетные разряды счетчика одновременно (перезапись или подтверждение состояния разрядов), а только один конкретно выбранный разряд, у остальных разрядов их состояния поддерживаются с помощью соответствующих RC-элементов, мажоритарных элементов и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достигнутого технического результата был собран и испытан в нормальных условиях макет заявляемого помехоустойчивого кольцевого счетчика в пятиразрядном варианте (см. фиг. 1). Макет был реализован на микросхемах серии 564, резисторах C2-33H и конденсаторах K 10-17. Сопротивления резисторов всех RC-элементов 23...29 были равны 100 кОм±5%, а емкости конденсаторов - 360 пф±10%, то есть номинальное значение постоянной времени указанных интегрирующих RC-элементов было равно 36 мкс.

Испытания макета проводились в двух режимах работы счетчика - в режиме сброса и в режиме счета импульсов. При испытаниях счетчик сохранял свое текущее состояние при длительности импульсов на любой из шин управления (входной 30 и сброса 31) менее 25 мкс и четко функционировал в каждом из двух указанных режимов работы при длительности импульсов более 32 мкс.

Проведенные испытания макета показали работоспособность заявляемого кольцевого счетчика и подтвердили его практическую ценность.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых устройствах, работающих в условиях воздействия помех. Устройство содержит анализатор (1) состояния разрядов счетчика, первый (16) и второй (17) инверторы, первый (18), второй (19), третий (20), четвертый (21) и пятый (22) элементы ИЛИ-НЕ, RC-элемент (23) записи, группу (24...29) RC-элементов записи, входную (30) шину и шину (31) сброса. Введены элемент (2) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группа элементов (3...8) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент (9), группа (10...15) мажоритарных элементов. Технический результат: упрощение кольцевого счетчика при нечетном количестве информационных разрядов путем уменьшения количества групп логических элементов, содержащих по (n+1) элементов, за счет изменения способа записи новых состояний счетчика в RC-элементы записи разрядов и результатов анализа состояний счетчика на нечетность - в RC-элемент записи. 3 ил., 1 табл.

Помехоустойчивый кольцевой счетчик, содержащий пять элементов ИЛИ-НЕ, два инвертора, RC-элемент записи, анализатор состояния разрядов счетчика, группу из (n+1) RC-элементов записи, где n - нечетное число, равное количеству информационных разрядов счетчика, входную шину и шину сброса, соединенную с первыми входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, вторые входы второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены соответственно с выходами четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ, первый вход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен с входами RC-элемента записи и первого инвертора, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ объединены, входы анализатора состояния разрядов счетчика соединены с входами первых (n-1) RC-элементов записи из группы RC-элементов записи, отличающийся тем, что в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент, группа из (n+1) элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и группа из (n+1) мажоритарных элементов, причем входная шина через второй инвертор соединена со вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ и непосредственно - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом анализатора состояния разрядов счетчика и с первым входом мажоритарного элемента, второй, третий входы и выход которого соединены соответственно с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выходом и входом RC-элемента записи, первые входы нечетных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, первые входы четных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, кроме (n+1)-го, из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом третьего элемента ИЛИ-НЕ, первый вход (n+1)-го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с входной шиной, второй вход и выход каждого из элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с первым и вторым входами соответствующего ему мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов, третий вход и выход каждого мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединены соответственно с выходом и входом соответствующего ему RC-элемента записи из группы RC-элементов записи, выход каждого мажоритарного элемента, кроме (n+1)-го, из группы мажоритарных элементов соединен со вторым входом последующего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход (n+1)-го мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.