Двоичный счетчик Советский патент 1986 года по МПК H03K21/12 

Изобретение относится к устройствам счета импульсов и может быть использовано при построении измерительных и вычислительных устройств критичных к задержке вывода резуль- тата счета входных импульсов,

Недостатком известного двоичного счетчика является сравнительно большое время регистрации. Время между передним фронтом входного импульса и моментом установления кода на выходах счетчика равно двум задержкам триггера и практически не зависит от разрядности счетчика.

Цель изобретения - уменьшение времени регистрации счетчика.

На фиг.1 и фиг.2 схематически представлен предлагаемый двоичный счетчик, примеры выполнения, на фиг.З - последовательный счетчик на D-триггерах, пример выполнения; на фиг.4 - временная диаграмма работы двоичного счетчика.

Двоичный счетчик (фиг.1) содержит выходной регистр 1, элемент ИПИ-НЕ 2 и вспомогательный счетчик 3, структура которого полностью совпадает с известным устройством. Вспомогательный счетчик 3 содержит первый регистр А результата, выходы 5 которо- го являются выходами вспомогательного счетчика 3, а вход 6 младшего разряда, который выполнен на счетном триггере 7, - входом вспомогательного счетчика 3. Кроме того, вспомогательньй счетчик 3 содержит первый блок 8 вычисления последующего кода, выходы которого соединены с входами всех разрядов регистра 4, кроме входа 6 младшего разряда. Прямой выход триггера 7 соединен с управляющим входом 9 блока 8.

Регистр 4 результата во всех разрядах, кроме младшего, вьшолнен в виде параллельного регистра 10, синхронизирующий вход 11 которого соединен с инверсным выходом триггера 7.

Блок 8 содержит второй регистр 12 результата, выходы которого являются выходами блока 8, а вход младшего разряда 13 группы 14 счетных триггеров, которые соединены последовательно, соединен с входом 9 блока 8. Кроме того, блок 8 содержит второй блок 15 вычисления последующего кода, выходы которого соединены с входами всех разрядов регистра 12, кро5

5

0

5

0 5

ме входов группы 14 счетных триггеров, которые соединены последовательно. Прямой выход триггера 16 старшего разряда группы 14 триггеро в соединен с управляющим входом 17 блока 15. Инверсный выход триггера 16 соединен с синхронизирующим входом 18 параллельного регистра 19 остальньк разрядов регистра 12.

Блок 15 содержит третий регистр 20 результата, выходы которого являются выходами блока 15, а вход 21 младшего разряда группы 22 счетных триггеров, которые соединены последовательно, соединен с входом 17 блока 15. Блок 15 содержит третий блок вычисления последующего кода, вьтол- ненный по схеме счетчика 23 с последовательным переносом, выходы которого соединены с входами всех разрядов регистра 20, кроме входов группы 22 счетных триггеров, которые соединены последовательно, этого .регистра. Прямой выход триггера 24 старшего разряда группы 22 соединен со счетным входом 25 счетчика 23. Инверсный выход триггера 24 соединен с синхронизирующим входом 26 параллельного регистра 27 остальных разрядов регистра 20.

t

Выходы 5 вспомогательного счетчика 3. соединены с входами выходного регистра 1. Счетный вход 6 вспомогательного счетчика 3 соединен с вы- ходом злемента ИПИ-НЕ 2, йервый BXO;I которого соединен с синхронизирующим входом выходного регистра 1 и является счетным входом 28 двоичного счетчика. Второй вход 29 элемента ИЛИ-НЕ 2 является входом начальной установки двоичного счетчика, выходы 30 регистра 1 являются выходами двоичного счетчика.

Счетчик, показанный на фиг.2, содержит выходной регистр 31, элемент ИЛИ-НЕ 32, счетные триггеры 33-35, последовательньш двухразрядный счетчик 36 и регистры 37-39 с пв раллельным приемом информации. Пер- вьй вход элемента ИЛИ-НЕ 32 соединен с синхронизирующим входом регистра 31 и является счетным входом 40 счетчика. Второй вход 41 счетчика является входом его начальной установки. Инверсные выходы триггеров 33-35 соединены с входами синхронизации регистров 37 и 39. Прямой вы ход триггера 33 соединен с входом

младшего разряда регистра 31 и со счетным входом триггера 34, прямой выход которого соединен с входом младшего разряда регистра 37 и со счетным входом триггера 35. Прямой выход триггера 35 соединен с входом младшего разряда регистра 38 и со счетным входом двухразрядного счетчика 36. Счетчик 36 и регистры 39, 38, 37, 31 соединены последователь- но. Выходы регистра 31 являются выходами счетчика.

На фиг.З показан пример выполнения группы 22 счетных триггеров, которые соединены последовательно в виде группы D-триггеров 42, которые соединены последовательно, в каждом из которых инверсный выход соединен с D-входом и с входом синхронизации триггера следующего раз- ряда.

На фиг.4 приведены временные диаграммы, поясняющие работу счетчика показанного на фиг.1. Эпюры 43-53 соответствуют сигналу f и сигналам в точках схемь:, приведенной на фиг.1. Работа счетчика основана на предварительном формировании заготовок последующих кодов и дальнейшем их использовании при воз никновении условий переноса. Эти заготовки формируются в свободное время и поэтому задержка распространения переноса скрыта от пользователя, вследствие чего время

между положительным фронтом сигнала на входе 28 счетчика и моментом установки кода на всех его выходах 30 равно одной задержке триггера и не зависит ни от текущей кодовой ком- бинации, ни от числа разрядов счетчика .

Работа вспомогательного счетчика 3.

Пусть в исходном состоянии все триггеры, входящие в состав счетчика 3 (т.е. все разряды всех его регистров и внутренних счетчиков) находятся в нулевом состоянии. Цепи сброса на фиг.1 не показаны. Пусть задержка срабатывания любого триггера составляет 20% от длительности периода Т входных импульсов, поступающих на вход 6 что соответствует наиболее тяжелому режиму работы счетчика 3 данной конфигурации (фиг„ 1 Максимально допустимая частота по- вьшается с уменьшением разрядности

10

15 20

2611074

груплы 14 счетных триггеров при правильном выборе числа триггеров в группе 22.

При поступлении на вход 6 положи- 5 тельного фронта первого импульса, на выходе Q триггера 7 формируется

сигнал логической 1 (с элементарной задержкой, равной одной пятой части периода Т). Положительный фронт сигнала в точке 9 переводит триггер младшего разряда 13 в единичное состояние, подготавливая тем самым заготовку последующего кода 2 в регистре 12. При окончании входного импульса состояние счетчика 3 не изменяется.

При поступлении на вход 6 второго импульса триггер 7 возвращается в нулевое состояние, при этом на входе 11 регистра 10 формируется сигнал логической 1. Положительный фронт сигнала на входе 11 производит перепись заранее подготовленного кода из блока 8 в регистр 10. Состояние триггеров блока 8 в это время является стабильным, что исключает гонки. Таким образом, на выходы 5 подается необходимый код 2. Задержка формирования этого кода относительно начала второго импульса на входе 6 определяется суммой задержек триггера 7 и триггера, соседнего разряда регистра 10 (путь 6-7-1 пройден заранее, при воздействии на вход 6 первого импульса, когда необходимости в переносе еще не бьто).

При поступлении на вход 6 третьего импульса на выходе Q вновь формируется сигнал логической 1, а в группе 14 триггеров формируется код 010 - заготовка для числа 4, которая переписывается в регистр 10

при поступлении на вход 6 четвертого импульса и т.д.

При поступлении на вход 6 седь- лого импульса, как видно из диаграммы (фиг.4), срабатьгаает цепочка

6-7-13-16-21, в результате чего в регистре 20 формируется заготовка второго порядка для числа 1.6, которая в нужные моменты времени передается в регистр 12, а затем через две элементарные задержки от начала шестнадцатого импульса - на выходы 5 счетчика 3-. При поступлении логической 1 с выхода прямого плеча триггера 24 на вход 25 счетного регистра 23 в нем производится вычисление новой заготовки третьего порядка , которая в дальнейшем, в строго предопределенные для этого моменты времени, продвигается к выходам устройства.

Таким образом, в счетчике 3 постоянно, на разных уровнях, ведется скрытая работа по вычислению очередного кода и поэтому задача ускоренного распространения переноса подменяется простой переписью готового результата в выходной регистр.

Максимальное число разрядов в группе 14 триггеров выбирается исходя из следующего.

За время существования единичного сигнала в точке 9 нужно успеть пройти по цепи: 13-16-18-19, т.е. преодолеть четыре элементарные задер к- ки с тем, чтобы к моменту записи в

регистр 10 (т.е. к моменту исчезновения единичного сигнала в точке 9) его входная информация уже установилась (с временным запасом), большим или равным элементарной задержке) . Из этого следует, что при указанном ранее соотношении периода Т и элементарной задержки разрядность группы 14 триггеров должна быть меньшей или равной трем. При разрядности группы 14 триггеров, ра ной единице, максимально допустимая частота работы счетчика 3 повьш1ает- ся. При этом задержка триггера в прдельном случае может составлять 33,3% от периода Т импульсов на входе 6.

Максимальное число разрядов группы 22 триггеров определяется аналогично. За время существования едини

ного сигнала в точке 17, т.е. за сорок элементарных задержек (фиг.4 эпюра Q, условие Qi, 1, с учетом выбранного соотношения 1:5) можно пройти через тридцать восемь разрядов группы 22 триггеров, через один разряд .регистра 27 и иметь в запасе одну элементарную задержку, как и ранее.

Принимая разрядность группы 14 tpиггёpoв равной трем и разрядность группы 22 триггеров равной тридцати восьми, получают, что длительность

положительного импульса в точке 25 j

составляет 2 - Т, откуда максимально допустимая разрядность счетчика 23 составляет () каскадов. Этот результат приведен для того, чтобы показать, что при использоваНИИ однотипных по быстродействию триггеров число ярусов не превьшает числа, показанного на фиг.1. Из этого также следует, что по мере снижения от яруса к ярусу, можно использовать все более медленные логические элементы.

В таблице показаны все возможные состояния элементов 33-39 5-раз

ет лишь

рядного двоичного счетчика, привеенного на фиг.2.

В исходном состоянии (верхняя строка таблицы) все элементы 33-39 счетчика сброшены. По положительному

фронту первого входного импульса (строка 1 таблицы) устанавливаются в единичное состояние триггеры 33-35 и триггер младшего разряда счетчика 36. При поступлении второго

импульса триггер 33 сбрасывается в нулевое состояние, состояние триггера 34 не изменяется, а код с выхода триггера 34 и регистра 38 переписы- вается в регистр 37. В момент поступления 25-го импульса (см. выделенные строки в таблице) срабатывает самая длинная цепь: 33-34-35-36. При этом, однако, перенос распространяется вглубь структуры и влия- на значения заготовок, не

ет лишь

жидания его распространения по указанной цепи.

Вьш1е рассмотрена работа вспомогательного счетчика 3 (фиг.1) и соответствующих элементов в примере, показанном на фиг.2. Показано, что вспомогательный счетчик имеет время регистрации, равн ое двум задержкам

триггера.

Введение дополнительных элементов выходного регистра 1 и элемента ИЛИ-НЕ 2 - позволяет уменьшить время регистрации до одной задержки

триггера.

Устройство в целом работает слеующим образом.

В исходном состоянии на счетном входе 28 (40) и на входе начальной установки 29 (41) присутствуют огические О, а все элементы устройства - триггеры, регистры - сброены (цепи сброса на фиг.1-3 не показаны с целью их упрощения).

Перед началом работы счетчика необходимо искусственно создать первую заготовку (код 00...01) на входах выходного регистра 1(31). Для этого на вход 29(41) подается однократный

положительный импульс начальной установки. По заднему фронту этого импульса формируется положительный фронт сигнала f, который вызывает прибавление единицы к старому (нуле- вому) содержимому вспомогательного счетчика. При этом устанавливаются в единичное состояние триггеры 7,13, (33,34,35 и мпадший разряд счетчика 36), Установка в единичное состоя- ние указанных триггеров может производиться другим путем - одновременно со сбросом остальных разрядов на этапе первоначального сброса.

При поступлении на вход 28(40) положительного фронта первого импульса заготовка 00..01 переписывает- ся в регистр 1(31) с задержкой, равной одной задержке триггера. При окончании первого импульса срабаты- вает вспомогательный счетчик и на его выходах с задержкой, равной двум задержкам триггера (от момента формирования положительного фронта сигнала f), формируется новая заготов- ка, которая при поступлении положительного фронта следующего импульса на вход 28(40) вновь переписывается в регистр 1(31) и т.д.

Использование выходного регистра и элемента ИЛИ-НЕ позволяет уменьшить время регистрации двоичного счетчика в два раза. Это достигается за счет того, что входной счетный импульс воздействует непосредственно на синхронизирующий вход выходного регистра.

Формула изобретения

Двоичный счетчик по авт.св. № 1150758, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени регистрации, в него дополнительно введены выходной регистр и элемент ИЛИ-НЕ, вход синхронизации выходного регистра соединен с счетным входом двоичного счетчика, элемент ИЛИ-НЕ включен между счетным входом двоичного счетчика и счетным входом триггера младшего разряда, другой вход элемента ИЛИ-НЕ является входом начальной установки двоичного счетчика, выходы первого регистра результата соединены с входами выходного регистра выходы которого являются выходами двоичного счетчика.

Продолжение таблицы

I H tiiLriiirrriiiiBiiL

и т.д.

126110710

Продолжение таблицы

irrriiiiBiiL

. I

ffT 0}

S

Изобретение относится к импульсной технике и является дополнительным изобретением к авт.св.№ 1150758. Может быть использовано при построении измерительных и вычислительных устройств, критичных к задержке вывода результатов счета входных -.- inl Й ЕЕЕЕЙ. i I (Di/c./ импульсов. Целью изобретения является уменьшение времени регистрации счетчика. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены выходной регистр 1 и элемент ИЛИ-НЕ 2. Кроме того устройство содержит следующие основные блоки и элементы: вспомогательный счетчик 3, регистры 4,12 и 20, триггеры 7,16 и 24, блоки 8 и 15 вычисления последующего кода, параллельные регистры 10, 19 и 27, группу 14 триггеров, группу 22 счетных триггеров, счетчик 23. В описании изобретения приводится пример выполнения двоичного счетчика на D-триггерах и временные диаграммы, поясняющие его работу. 1 табл. 4 ил. § (Л с ю О5 vJj- J. I I llLJILJL-JLJp I Й ЕЕЕЕЙ. i I 14)

фиг.

Редактор С.Лисина

Составитель 0.Скворцов Техред Л.Олейник

Заказ 52

Тираж 816Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор 0.Луговая