СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2015 года по МПК H03K23/00 

Изобретение относится к области вычислительной техники и автоматики. Известны счетчики импульсов СИ, построенные на основе триггеров со счетным входом, требующие один триггер на каждый двоичный разряд, что предполагает применение специальных элементов задержки счетных импульсов, усложняющих технологию изготовления ЭВМ. В ряде работ рассмотрены построения СИ на основе логических элементов (ЛЭ) и RS-триггеров (см., И.Н. Букреев, Б.М. Мансуров и В.И. Горячев, Микроэлектронные схемы цифровых устройств 1973 Сов. Радио, стр. 136-146, рис. 5.1, 5.2, 5.7 и др.), счетных импульсов, построенные на основе ЛЭ и, ИЛИ, НЕ и RS-триггеров, что практически удваивает оборудование СИ и увеличивает потребление электропитания. Также известны СИ, построенные на основ одного RS-триггера, например счетчики, выполненные по RU 2269199, RU 2308801, 2419200. Упомянутые СИ устраняют некоторые недостатки известных счетчиков, выполняют широкий перечень элементарных операций, но не позволяют выполнять операцию счета в двоично-десятичном коде на оборудовании известных двоичных СИ. Наиболее близким, принятым прототипом, является СИ, выполненный по RU 2419200, каждый двоичный разряд которого построен на основе одного RS-триггера, девяти элементах И, четырех элементов ИЛИ, четырех элементов НЕ, но не выполняет счета импульсов в двоично-десятичном коде.

Каждый двоичный разряд содержит один RS-триггер, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый элемент ИЛИ, три элемента НЕ, вход счетных импульсов ВСИ, вход управления ВУ счетом в двоично-десятичном коде, при этом первый и второй входы первого и второго элементов И первого разряда соединены с выходом счетных импульсов, выходы упомянутых элементов И через первый и второй элементы НЕ соединены с нулевым и единичным входами RS-триггера Tr соответственно, единичный выход упомянутого триггера подключен к первому входу первого элемента И, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к единичному входу первого триггера, выход третьего элемента И является прямым выходом первого разряда счетчика A1 и соединен со вторым входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, первые входы первого и второго элементов И в первом разряде соединены с входом счетных импульсов ВСИ, соединения элементов И, ИЛИ, НЕ и RS-триггера во втором, третьем и четвертом разрядах A4, A3, А2 аналогичны соединениям первого разряда A1, отличие состоит в том, что счетные входы первых и вторых элементов И в А2, A3, A4 управляются элементами И4, 5, 6, выходы третьих элементов И A1 соединены с вторыми входами четвертого и пятого элементов И, выход третьего элемента И А2 соединен с третьим входом пятого элемента И, первые входы четвертого и пятого элемента И подключены к ВСИ, третий вход пятого элемента И соединен с выходом третьего элемента И А2, выход пятого элемента И соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторые входы упомянутых элементов И связаны с выходом третьего элемента И A3, третий вход седьмого элемента И подключен к выходу третьего элемента И A4, выход седьмого элемента И является выходом сигнала переноса в пятый разряд, для осуществления счета импульсов в двоично-десятичном коде в каждые четыре разряда устройства введен восьмой элемент И, первый вход которого подключен к входу управления ВУ счетом в двоично-десятичном коде, второй вход упомянутого элемента подключен к выходу третьего элемента И первого разряда A1, третий вход восьмого элемента И связан с выходом третьего элемента И четвертого разряда A4, выход восьмого элемента И соединен с третьим входами первых элементов ИЛИ второго и третьего разрядов.

Предлагаемый СИ позволяет вести счет в двоичном и двоично-десятичном кодах, при этом исключается увеличение временной задержки сигнала переноса (СП) при подключении элементов оборудования при счете в двоично-десятичном коде. Эта временная задержка равна Тз=n/4·τ, здесь τ - время задержки одного элемента ИЛИ, n - число двоичных разрядов. Кроме увеличения задержки распространения СП, в известных схемах требуется увеличение оборудования каждой четверки разрядов на один элемент ИЛИ на два входа и некоторого дополнительного оборудования для установки в нуль триггера второго и четвертого разрядов каждой тетрады счетчика.

Предлагаемый СИ устраняет отмеченные недостатки прототипа. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей СИ при минимальных затратах оборудования и сохранение быстродействия счетчика при двоично-десятичном счете импульсов, равном быстродействию СИ при двоичном счете импульсов. Для достижения поставленной цели введен ЛЭ И, первый вход которого подключен к выходу управления счетом в двоично-десятичном коде, второй вход этого элемента подсоединен к выходу третьего элемента И первого разряда (A1), третий вход упомянутого элемента И соединен с выходом третьего элемента И четвертого разряда тетрады A4, выход восьмого элемента И соединен с третьими входами первых элементов ИЛИ второго и третьего разрядов А2 и A3.

Для пояснения работы СИ на чертеже приведена функциональная схема четырех двоичных разрядов и одного двоично-десятичного разряда - тетрады. На схеме приняты следующие обозначения: элементы И1-8, элементы ИЛИ9, элементы НЕ10-12, RS-триггер (Tr) 13, первый ВУ счетом в двоично-десятичном коде 14, вход счетных импульсов 15, выход счетных импульсов из четвертого двоичного и первого десятичного разрядов 16.

Каждый двоичный разряд содержит один RS-триггер, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый элемент ИЛИ, три элемента НЕ, вход счетных импульсов ВСИ, вход управления ВУ счетом в двоично-десятичном коде, при этом первый и второй входы первого и второго элементов И первого разряда соединены с выходом счетных импульсов, выходы упомянутых элементов И через первый и второй элементы НЕ соединены с нулевым и единичным входами RS-триггера Tr соответственно, единичный выход упомянутого триггера подключен к первому входу первого элемента И, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к единичному входу первого триггера, выход третьего элемента И является прямым выходом первого разряда счетчика A1 и соединен со вторым входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, первые входы первого и второго элементов И в первом разряде соединены с входом счетных импульсов ВСИ, соединения элементов И, ИЛИ, НЕ и RS-триггера во втором, третьем и четвертом разрядах A4, A3, А2 аналогичны соединениям первого разряда A1, отличие состоит в том, что счетные входы первых и вторых элементов И в А2, A3, A4 управляются элементами И4, 5, 6, выходы третьих элементов И A1 соединены с вторыми входами четвертого и пятого элементов И, выход третьего элемента И А2 соединен с третьим входом пятого элемента И, первые входы четвертого и пятого элемента И подключены к ВСИ, третий вход пятого элемента И соединен с выходом третьего элемента И А2, выход пятого элемента И соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторые входы упомянутых элементов И связаны с выходом третьего элемента И A3, третий вход седьмого элемента И подключен к выходу третьего элемента И A4, выход седьмого элемента И является выходом сигнала переноса в пятый разряд, для осуществления счета импульсов в двоично-десятичном коде в каждые четыре разряда устройства введен восьмой элемент И, первый вход которого подключен к входу управления ВУ счетом в двоично-десятичном коде, второй вход упомянутого элемента подключен к выходу третьего элемента И первого разряда A1, третий вход восьмого элемента И связан с выходом третьего элемента И четвертого разряда A4, выход восьмого элемента И соединен с третьим входами первых элементов ИЛИ второго и третьего разрядов.

Предлагаемое устройство осуществляется следующим образом. Будем рассматривать работу только четырех двоичных разрядов A4, A3, А2, A1 и одного десятичного разряда, который работает на основе четырех двоичных разрядов. В каждом двоичном разряде содержит один Tr 13, четыре элемента И, один элемент ИЛИ. Элементы И1, 2 через элементы НЕ11, 12 соединены с нулевыми входами Tr 13. Единичный выход Tr 13 и выход И1 через ИЛИ9 соединен с И3, второй выход которого соединен с выходом НЕ12. В первом разряде вход счетных импульсов ВСИ соединен входом И1, 2. Вторые входы и упомянутых И подключены к выходу И3, к входу НЕ10. Выход И3 соединен с вторыми входами И4, 5 схемы формирования потенциала переноса. Вход счетных импульсов 15 подключен к первым входам И4. Выход И4 соединен с И1, 2 с второго разряда.

Предлагаемый СИ работает следующим образом. В исходном положении Tr 13 установлены в нуль, на входе ВСИ 15 отсутствуют счетные импульсы, на ВУ счетом импульсе в двоично-десятичном коде 14 отсутствует высокий потенциал. Первый счетный импульс поступает по ВУ 15 и проходит на И4, 5 и на счетный вход Tr 13 первого разряда, т.е. на И1, 2 и инвертирует упомянутый Tr 13. При этом высокий потенциал (ВП) пропускает СИ по цепи И2, НЕ12 на единичный вход Tr 13. Одновременно сигнал с выхода НЕ12 запрещает работу И3 на время длительности сигнала, поступившего на И2 с ВУ 15. Таким образом выполняется временная задержка с выхода И3 на время длительности счетного импульса. После окончания первого СИ с выхода И3 первого разряда будет выработан ВП, который поступит на вторые входы И4, 5. Второй счетный импульс проходит через И4 на счетный вход второго разряда, одновременно устанавливая I 13 первого разряда в нуль. Дальнейшая работа счета импульсов повторяется. При A4 A3 А2 A1=1 счетный импульс проходит по цепи элементов И4-7. Выход седьмого элемента является выход импульсом переноса в пятый разряд счетчика. Заметим, что при наличии единицы во всех четырех Tr 13 счетный импульс имеет временную задержку, равную 2τ, на элементах 5 и 7. В известных устройствах задержка равна 4τ. При работе в режиме счета импульсов в двоично-десятичном коде к ВУ 14 подключают высокий потенциал. При A1 A4 ВУ 14=1 с входа И8 на входы третьих элементов ИЛИ А2 и A3 подают высокий потенциал, что обеспечивает прохождение счетного импульса с входа счетных импульсов 15 по схеме элемента сквозного переноса И4, 5, 6 и 7, при этом на выход И7 вырабатывается сигнал переноса в старшую тетраду разрядов, а триггеры 13 1-4 разрядов младшей тетрады будут установлены в нуль. Таким образом СИ выполняет счет импульсов в двоичном и двоично-десятичном кодах, при этом быстродействие работы сохраняется и обеспечивается экономия оборудования при исключении объединениями потенциалов переносов и исключения принудительной установки триггеров второго и четвертого разрядов в нуль.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может быть использовано в процессорных устройствах ЭВМ и устройствах цифровой автоматики. Технический результат заключается в повышении быстродействия счетчика при двоично-десятичном счете импульсов. Технический результат достигается за счет того, что каждый двоично-десятичный разряд содержит четыре RS-триггер, сорок один элемент И, четыре элемента ИЛИ, двенадцать элементов НЕ и два входа управления. 1 ил.

Счетчик импульсов СИ, выполненный на логических элементах ЛЭ И, ИЛИ, НЕ и RS-триггерах, отличающийся тем, что каждый двоичный разряд содержит один RS - триггер, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый элемент ИЛИ, три элемента НЕ, вход счетных импульсов ВСИ, вход управления ВУ счетом в двоично-десятичном коде, при этом первый и второй входы первого и второго элементов И первого разряда соединены с выходом счетных импульсов, выходы упомянутых элементов И через первый и второй элементы НЕ соединены с нулевым и единичным входами RS-триггера Tr соответственно, единичный выход упомянутого триггера подключен к первому входу первого элемента И, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к единичному входу первого триггера, выход третьего элемента И является прямым выходом первого разряда счетчика A1 и соединен со вторым входом первого элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, первые входы первого и второго элементов И в первом разряде соединены с входом счетных импульсов ВСИ, соединения элементов И, ИЛИ, НЕ и RS-триггера во втором, третьем и четвертом разрядах A4, A3, A2 аналогичны соединениям первого разряда A1, отличие состоит в том, что счетные входы первых и вторых элементов И в A2, A3, A4 управляются элементами И 4, 5, 6, выходы третьих элементов И A1 соединены с вторыми входами четвертого и пятого элементов И, выход третьего элемента И A2 соединен с третьим входом пятого элемента И, первые входы четвертого и пятого элемента И подключены к ВСИ, третий вход пятого элемента И соединен с выходом третьего элемента И A2, выход пятого элемента И соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторые входы упомянутых элементов И связаны с выходом третьего элемента И A3, третий вход седьмого элемента И подключен к выходу третьего элемента И A4, выход седьмого элемента И является выходом сигнала переноса в пятый разряд, для осуществления счета импульсов в двоично-десятичном коде в каждые четыре разряда устройства введен восьмой элемент И, первый вход которого подключен к входу управления ВУ счетом в двоично-десятичном коде, второй вход упомянутого элемента подключен к выходу третьего элемента И первого разряда A1, третий вход восьмого элемента И связан с выходом третьего элемента И четвертого разряда A4, выход восьмого элемента И соединен с третьим входами первых элементов ИЛИ второго и третьего разрядов.