Устройство для выбора среднего по величине числа Советский патент 1983 года по МПК H05K10/00 G06F11/18 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в резервированных, цифровых вычислительных системах автоматического управления. Известно устройство для выбора достоверной информации из синхронно поступающих на обработку по трем ка-, налам двоичных кодов, содержащее мажо ритарный элемент, триггеры выдачи еди ниц и триггеры вьщачи нулей, выходы которых через соответствующие элементы И выдачи числа и ИЛИ соединены с входами мажоритарного элемента, а входы - с выходами соответствующих элементов И анализа нулей и анализа единиц, входы которых соединены с выходами инверторов входных и выходных сигналов, входы которых соединены соответственно с входами устройства и выходом мажоритарного элемента l Недостатком этого устройства является невозможность обработки несинхронной информации и аппаратурная избыточность при подключении его к синхронизирующему устройству. Наиболее близким к предлагаемо по технической сущности является устройство для выбора среднего по величине двоичного числа, содержащее входные триггеры, единичные и нулевые выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих схем И анализа единиц и нулей, нулевые входы - с единичными выходами триггеров выдачи нулей, а единичные входы - с единичными выходами триггеров выдач) единиц, мажоритарный элемент, инвертор, причем третьи входы схем И анализа нулей и единиц подключены к шине синхронизации 2 . . Недостатком указанных устройств является невозможность их использования для усреднения информации при наличии следующих условий: при максимальном или минимальном значениях информации, поступающей с кругового позиционного датчика, которые соответствуют одному положению чувствительного элемента и- являются точкой разрыва функции; При наличии рассогласования информации, передаваемой по трем каналам резервирования, за счет различных порогов срабатывания согласующих устройств в каналах; при наличии сбоя информации в одном из каналов. Например, с 1-го исправного канала поступает число 1111, со 2-го исправного канала - 0000, с 3-го отчазавшего канала - А. Устройство в качестве среднего выберет число А, так как оно находится в диапазоне между 0000 и 1111. Все

это сужает область использования устройства и снижает его надежность.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель Достигается тем что устройство для выбора среднего по величине числа, содержащее первый мажоритарный элемент, входы /которого соединены с единичными выходами входных триггеров и со вторыми входами элементов К анализа единиц, а выход с первыми входами элементов И анализа нулей и через инвертор - с первыми входами элементов И анализа еди ниц, выходы элементов И анализа единиц и нулей соединены с первыми входами установки единиц триггеров выдачи единиц и нулей соответственно, единичные выходы которых соединены соответственно с первыми входами установки единиц и нулей входных триггеров, вторые входы установки нулей которых и входы установки нулей три1- геров выдачи единиц и нулей соединены с шиной Сброс, а нулевые выходы входных триггеров соединены со вторы ми входами элементов И анализа нулей, дополнительно содержит элементы И анализа единиц знака и элементы И анализа нулей знака, первый и второй элементы И учета знака, элемент ИЛИ учета знака, элементы ИЛИ сравнения старших разрядов, второй. инвертор, второй мажоритарный элемент, триггеры хранения результата, двухразрядные дешифраторы нулей и единицы и двухразрядные сдвигающие регистры, входы которых соединены со входами устройства, а выходы - to эх дами двухразрядных дешифраторов нуля и единицы, входы которых через элемент ИЛИ сравнения старших разрядов соединены с первыми входами установки единиц триггеров хранения результатов, вторые входы установки единиц которых соединены с шиной синхронизации, входы установки нулей - с шиной Сброс, а выходы подключены ко входам второго мажоритарного элемента, один выход которого непосредственно, а другой через второй инвертор подключены к первым входам первого и второго элементов И учета знака, вторые входы которых соединены с шиной управления знаком, выход первого элемента И учета знака подключен к первым входам элементов И анализа единиц знака и элементов И анализа нулей -знака, выход второго элемента И учета знака соединен через элемент ИЛИ учета знака с третьими входами элементов И анализа единиц и элементов И анализа нулей, причем вторые входы элементов И анализа единиц знака подключены к выходу первого мажоритарного элемента, вторые входы элементов И анализа единиц знака и элементов И анализа нулей знака соединены соответственно с единичными и нулевыми выходами входных триггеров, вторые входы установки единиц которых соединены с первыми выхо двухразрядных сдвигающих регистров. Устройство позволяет формироватв знаковый разряд двоичного числа в зависимости от со(,тояния первого и второго разрядов; если хотя бы в двух каналах состояние первого и второго разрядов одинаково, знаковый разряд во всех трех каналах принимает значение первого разряда своего числа. В противном случае знаковый разряд не формируется. Например, при положении чувствительного элемента, равного ЗбО°, в одном канале у кода 1111 знаковый разряд принимает значение 1 и представляет собой минимальное отрицательное число в дополнитель ном коде. В другом канале у кода 0000 знаковый разряд принимает значение О. Полученные два числа становятся близлежащими на числовой оси и точка разрыва функции устраняется. При наличии сбоя в третьем канале одно из этих двух чисел в зависимости от значения числа в сбившемся канале выбирается в качестве среднего. Выбранный алгоритм преобразования кодов обеспечивает правильный выбор среднего и при других значениях кодов. Например: 1-й канал 0100 2-й канал 0011 Ц1100 3-й сбившийся канал 1010 0,0001 Среднее значение 0100 0011 1100 Выбранное среднее значение кода должно иметь вид входного числа ( без знакового разряда) с тем же количест вом разрядов. Для осуществления этого преобразования в устройство введены двухразрядные сдвигающие регист ры, обеспечивающие временное хранение двух старших разрядов усредняемых чисел, двухразрядные дешифраторы О и 1 и схемы ИЛИ для сравнения двух старших разрядов с О или 1, дополнительные триггеры для хра нения результата анализа старших раз рядов на время усреднения одного чис ла, второй мажоритарный орган, второй инвертор, первая и вторая дополнительная схемы И, дополнительная сх ма ИЛИ, обеспечивающая выдачу разрешения усреднения со знаком или без знака в зависимости от анализа старших разрядов усредняемых чисел, схема И анализа ержиц и нулей знака дл обеспечения возможности проведения усреднения с учетом знака. На чертеже приведена функциональная блок-схема устройства. Устройство для выбора среднего по величине достоверного двоичного числа содержит первый и второй мажоритарные элементы 1 и 2, первый и второй инверторы 3 и , первый 5 и второй 6 элементы И учета знака, эле менты ИЛИ 7 учета знака, три канала, в каждом из которых содержится элемент ИЛИ 8 сравнения старших разрядов, элемент И 9 анализа нулей,элемент И 10 анализа нулей знака, элемент И 11 анализа единиц, элемент И 12 анализа единиц знака, триггер 1 выдачи нулей, триггер 1 выдачи единиц, входной триггер 15. двухразрядные дешифраторы О 16 и 1 17, дву -разрядный сдвигающий регистр 18, триггер хранения результата 19, вход ную шину 20. Устройство также содержит шину синхронизации 21, шину упра ления знаком 22, шину управления 23, шину Сброс 2 и выход 25. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени по шине Сброс 2k поступает сигнал, при1tJ04 водящий все триггеры в исходное нуяевое состояние. На входные шины 20 поступают сигналы от каналов резервированного устройства последовательным двоичным кодом, начиная со старшего разряда. Для определенности считаем, что единице в разряде кода соответствует высокий потенциал, а нулю - низкий. Работу устройства рассмотрим на примере подачи на входные шины 20 следующих чисел: на входную шину 20 подается число 0000, на шину 20 - . число 1111. Эти два числа при считывании с датчиков угловых положений .отличаются на единицу младшего разряда и соответствуют ЗбО. На входную шину 202подается число 1001, которое соответствует информации сбившегося канала. Входные сигналы от каналов резервированного устройства по шинам 70 поступают на двухразрядные сдвигающие регистры 18, в которые записываются два старших разряда входных кодов. Одновременно старшие разряды каждого из сдвигаемых кодов переписываются с выхода регистра 18 в соответствующий входной триггер 15- Таким образом, после прохождения двух старших разрядов сдвигаемых чисел в регистре 8 записан код 00, в регистре 182 И, в регистре 18 , во входном триггере 15- записан код О в триггере 152 в триггере 15 з выходов двухразрядных сдвигающих регистров 18 информация снимается в двухразрядные дешифраторы О 1б и 1 17, настроенные на коды 00 и 11 соответственно. Таким образом, на выходах дешифратора О 162 и дешифратора 1 17ппоявляется высокий потенциал, который через элементы ИЛИ 8 поступает на единичные входы триггеров 19. На выходах двухразру дных дешифраторов О 163 и 1 17 вырабатываются низкие потенциалы, так как входной код данного канала не соответствует ни 00, ни 11. По шине синхронизации 21 подается сигнал, который стробирует запись результата анализа старших разрядов входных чисел в триггер 19. После этого на левом и среднем входах второго мажоритарного элемента 2 присутствуют высокие потенциалы, что является достаточным для формирования на его выходе единичного сигнала, который поступает в виде разрешающего потенциала на первый вход элемента И 5 и через второй инвертор k в виде запрещающего потенциала на первый вход элемента И 6. На правый и средний входы мажоритарного элемеШта 1 с три геров 15 и 152 приходит код 1, что является достаточным для формирования на его выходе единичного си|- нала, который поИадает в виде разре шающего потенциала на первые входы элементов И 9 анализа нулей и втарые входы элементов И 12 анализа еди ниц знака. В то же время сигнал с выхода маждоритарного элемента 1 через инвертор 3 запрещает прохождение сигналов через элементы И 11 и 10. Через время, определяемое максимальной рассинхронизацией каналов резервированного устройства и переключением триггеров 15 по шине управления знаком 22 подается тактирующий сигнал, который, пройдя через элемент И анализа единиц знака, устанавливает соответствующий триггер I выдачи единиц в единичное состояние. Элемен ты И 122 и этом закрыты низклм потенциалом с нулевых выходов со ответствующих входных триггеров 152 и 15з результирующего значения первого разряда с мажоритарного элемента 1 производится в момент подачи тактирующего сигнала по шине управления знаком 22. Единичное состоя- ние триггера Т выдачи единиц сохраняется в течение всего времени выдачи числа и тем самым удерживает вход ной триггер 15 в единичном состояНИИ независимо от значений разрядов, поступающих по входной шине 20. После этого по входным шинам 20 поступают на входы двухразрядных сдв гающих регистров 18 третьи разряды двоичного числа. При этом старшие разряды выдвигаются из регистров 18 и .записываются в них второй и третий разряды. Вторые разряды с выходов регистров 18 записываются во входные триггеры 15.. Таким образом в триггере 15-J записана 1, в триггере 15о 1, а В; триггере 15з На левом и среднем в содах мажоритарного элемента 1 появляются, высокие потенциалы. Единичный сигнал с выхода мажоритарного элемента 1 в виде разрешающего потенциала поступает на вхо ды элементов И 9 и 12 и через инвертор 3 в виде запрещающего потенциала на входы элементов И 10 и 11. В результате этого к срабатыванию подготовлены элементы И 9 и .12 только правого канала. Тактирующий сигнал, проходящий по шине управления 23 через время, определяемое максимальной рассинхронизацией резервированных каналов и переключением триггеров 15 через элемент И Эу устанавливает триггер выдачи нулей 13 в единичное ссостояние. Съем ре ультирующего значения второго разряда с мажоритарного элемента,1 производится в момент по дачи тактирующего сигнала по шине управления 23. Единичное состояние триггера выдачи Нулей 13з Удерживает входной триггер 15з в нулевом состоянии независимо от значения разрядов, поступающих, на входную шину 20 устройства в течение всего времени прием а остальных разрядов. Таким образом, после прохождения двух старших разрядов и входные триггеры 15 и 15 3 УДбР иваются соответственно в единичном и нулевом состоянии постоянно, тем самым обеспечивая при обработке последующих разрядов на левом входе мажоритарного элемента 1 высокий потенциал, а на правом - низкий. Третий разряд устанавливает в единицу входной триггер 152 обеспечив на среднем входе мажоритарного элемента 1 высокий потенциал. Учитывая состояние триггет ров 15 и 5-3 в момент поступления тактирующего сигнала по шине управления 23 с выхода устройства 25 считывается единица, что совпадает со значением информации на среднем входе. При обработке последнего разряда на выходе 25 устройства получено значение, совпадающее с поступающим по входу 202. Триггеры 132 ются- в исходном состоянии, так как их установка в единичное состояние через элементы И 9 и 11 возможна лишь при различной информации на выходе мажоритарного элемента 1 и триггера 15о, что произойти при неизменном состоянии входных триггеров 15 и 15а не может. В результате на выходе 25 устройства получено число 1111, что соответствует среднему значению достоверной информации. П р и м е р. Предположим, что на входы 20.| и 202 поступают числа ТОООО и 0111, а на входную шину 20з поступает код сбившегося канала 1011. Информа1Аия.двух старших разрядов записывается в двухраз рядные сдвигающие регистры 18 и анализируется в дешифраторах 16 и 17. Результаты анализа записываются в триггеры 19. На входах второго мажоритарного элемента 2 появляется низкий потенциал. Низкий потенциал с выхода мажоритарного элемента 2 .закрывает элемент И 5.и, проходя че рез инвертор 4, открывает элемент И Во входных триггерах 15-i, 152 3 записаны коды 1,0,1. СледовательНО, на выходе мажоритарного элемента 1 появляется высокий потенциал, который подготавливает к открытию элементы И 9 и 12. Тактирующий сигнал, поступающий по шине управления знаком. 22 через элементы И 6 и ИЛИ 7 поступает на вход элемента И 9 У проходя через него, перево-дит триггер 132 выдачи единичное состояние. Высокий потенциал с выхода триггера выдачи ну: лей 13.2 удерживает входной триг- гер ISnB нулевом состоянии на все время обработки одного чисЛа„ Второй разряд обрабатываемого числа поступает с выходов регистров 18 на входные триггеры 15 и фор мирует на выходе мажоритарного элемента 1 нулеврй сигнал. Состояние триггеров 13 и Ik йе изменяется так как сигнал на выходе мажоритарного элемента 1 совпадает с сигналом входных триггеров 15. Третьи разряды обрабатываемых чисел с выходов регистров 1Я записы ваются во входные триггеры 15. На левый, средний и правый входы мажоритарного элемента 1 поступают сигналы 0,01 соответственно. На выхо де мажоритарного элемента 1 вырабат вается нулевой сигнал и тактирующий сигнал, поступающий по шине управле ния 23, проходя через открытй элемент И 11з анализа единиц устанавли вает триггер выдачи единиц в ед ничное состояние и входной триггер удерживается в единичном состоянии. Яаким образом, входной триггер 15г удерживается в нулевом состоянии, в ной триггер 15 3 единичном состо нии и, следовательно, при обработке следующих разрядов обрабатываемых чисел на выходе 25 получены значения, совпадающие с поступающими по левой входной шине 20. В результате на выходе 25 устройства получено среднее по значению из трех поступающих на входы чисел, а именно 1000. Данное устройство выбора среднего по величине числа позволяет устранить точку разрыва функции при считы 1 610 вании информации с кругового позиционного датчика и выбор в качестве среднего неверного числа при сбое в одном канале и наличии рассинхронизации между каналами. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом, обеспечивает повышение надежности за счет устранения ошибки усреднения информации в особой точке и расширение функциональных возможностей устройства за счет применения его для измерения величин разного рода, например поворота и скорости изменения углового положения. Формула изобретения Устройство для выбора среднего по величине, числа, содержащее первый мажоритарный элемент, входы которого соединены с единичными выходами входных триггеров и со вторыми входами элементов И анализа единиц, а выход с первыми входами элементов И анализа нулей и через инвертор - с первыми входами элементов И анализа единиц, выходы элементов И анализа единиц и нулей соединены с первыми входами установки единиц триггеров выдачи единиц и нулей соответственно, единичные выходы которых соединены соответственно с первыми входами установки единиц и нулей входных трй1- гербв, вторые входы установки нулей которых и входы установки нулей т(зиг геров выдачи единиц и нулей соединены с шиной Сброс, а нулевые выходы входных триггеров соединены со вторыми входами элементов И анализа нулей, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения устройства, оно.дополнительно содержит элементы И анализа единиц знака и элемента И анализа нулей знака, первый и второй элементы И учета знака, элемент ИЛИ учета знака, элементы ИЛИ сравнения старших разрядов, второй иивертор, второй мажоритарный элемент. триггеры хранения результата, двух- разрядные дешифраторы нулей и единицы и двухразрядные сдвигающие регистры, входы которых соединены со входами устройства, а выходы - со входами двухразрядных дешифраторов нуля и единицы, входы которых через элемент ИЛИ сравнения старших разрядов соединены с первыми входами установ