Счетный элемент с контролем Советский патент 1988 года по МПК H03K21/40 

i

(Л

со. оо

со кэ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля работоспособности счетных схем в устройствах различного назначения.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет введения новых конструктивных признаков, обеспечивающих контроль в данном цикле возврата разрядов счетчика в исходное состояние после формирования счетчиком импульса переноса.

На фиг. 1 приведена схема счетного элемента с контролем; на фиг. 2 - диаграммы работы счетного элемента с контролем.

Счетный элемент содержит счетчик 1, блок 2 выделения и задержки первого импульса, элемент 3 задержки, первый 4 и второй 5 элементы НЕ, элемент НЕ 6 блока 2, третий элемент НЕ 7, первый 8, второй 9 и третий 10 элементы И, второй элемент И 11 блока 2, четвертый 12 и пятый 13 элементы И, первый 14 И, второй 15 элементы ИЛИ, триггер 16, выходную шину 16.1, вход 17 установки нуля счетчика 1, входы 18 и 19 установки в «1 и в «О триггера 16, входную шину 20, первый элемент И 21 блока 2, одновибратор 22 и элемент 23 задержки блока 2.

Входная шина 20 соединена с входом блока 2 выделения и задержки первого импульса и со счетным входом счетчика 1, выход переноса которого соединен с входом элемента НЕ 4 и с первыми входами элементов И 8 и 9, второй вход первого из которых соединен с выходом блока 2, с входом элемента НЕ бис первым входом элемента И 10, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом элемента НЕ 4 и с первым входом элемента ИЛИ 14 выход которого соединен с входом 18 установки в «1 триггера 16 и с входом 17 установки в «О счетчика 1.

Выход элемента НЕ 5 соединен с вторым входом элемента И 9, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 14. Выход триггера 16 соединен с выходной шиной 16.1, входы элемента ИЛИ 15 - с прямыми выходами разрядов счетчика 1, выход элемента ИЛИ 15 - с первым входом элемента И 12 и с входом элемента НЕ 7, выход которого соединен с первым входом элемента И 13, выход которого соединен с входом 19 установки в «О триггера 16, Выход элемента И 8 соединен с входом элемента 3 задержки, выход которого соединен с вторыми входами элементов И 13 и 12, выход последнего из которых соединен с третьим входом элемента ИЛИ 14.

Вход блока 2 выделения и задержки первого импульса соединен с первым входом элемента И 21, Выход первый, второй и третий входы элемента И 11 соединены соответственно с выходом блока 2, с инверс0

5

0

.5

0

5

0

5

0

5

ным выходом одновибратора 22, с выходом элемента НЕ бис первым входом элемента И 21, второй вход которого соединен с входом элемента НЕ бис выходом элемента 23 задержки, вход которого соединен с инверсным выходом одновибратора 22, вход которого соединен с выходом элемента И 21.

На фиг. 2 на примере работы трехразрядного счетного элемента рассмотрены временные диаграммы 24 1-24.13 сигналов соответственно на входной шине 20, на прямых выходах трех разрядов счетчика 1, на выходе элемента 23 задержки, на выходе элемента НЕ 6, на выходе элемента И 11, на выходе переноса счетчика 1, на выходах элементов И 10 и 9 и на выходе элемента 3 задержки.

Устройство работает следуюш,им образом.

Контролируемый счетчик 1 срабатывает по заднему фронту импульсов входной последовательности (диаграммы 24.1-24.4). В исходном состоянии счетчик 1 сброшен и на прямых выходах его триггерных разрядов, а также на выходе сигнала переноса присутствуют сигналы нулевого уровня. При этом элемент 21 блока 2 выделения и задержки первого импульса открыт по второму входу разрешаюшим сигналом единичного уровня с выхода элемента 23 задержки, соответствуюш,им сигналу на инверсном выходе одновибратора 22.

Первый импульс входной последовательности, подаваемой по шине 20, поступает на вход блока 2, проходит через открытый элемент И 21 (диаграмма 24.5) и по переднему фронту запускает одновибратор 22. При этом на инверсном выходе одновибратора 22 формируется сигнал нулевого уровня с длительностью То (диаграмма 24.6), величина которой устанавливается меньше длительности рабочего цикла Тц счетчика 1 на величину, равную половине длительности интервала, образованного двумя смежными импульсами входной последовательности, считая от переднего фронта предыдуш,его импульса до заднего фронта последующего импульса.

При появлении сигнала нулевого уровня на выходе элемента 23 задержки (диаграмма 24.7) и соответственно на втором входе элемента И 21 последний запирается. В этом случае последующие импульсы с шины 20 устройства не проходят на вход блока 2. Элемент 23 задержки должен обеспечивать задержку сигнала на выходе одновибратора 22 на врема тзад.,, равное длительности рабочего такта счетчика 1 (периоду следования входных импульсов).

Сигнал с выхода элемента 23 задержки через элемент НЕ 6 поступает на второй вход элемента И 11 (диаграмма 24.8). При этом на первый вход элемента И П в промежутке времени, соответствующем длительности t ОДНОГО такта, считая от середины интервала между седьмым и восьмым входными импульсами до середины интервала после восьмого импульса (диаграммы 24.1, 24.6, 24.8), выдается единичный уровень сигнала с инверсного выхода одновибрато- ра 22.

Наличие в указанный промежуток времени единичных уровней сигналов на первом и втором входах элемента И 11 обеспечивает возможность прохождения восьмого импульса входной последовательности, в результате чего на выходе элемента И 11 (диаграмма 24.9) появляется импульс, соответствующий по времени импульсу переноса на выходе счетчика 1 (диаграмма 24.10). Импульс с выхода элемента И 11 поступ- пает на входы элементов И 8 и 10 и через элемент НЕ 5 на вход элемента И 9.

Если счетчик 1 исправен и работает без сбоев, то импульс переноса с его выхода, действуя одновременно с выходным импульсом элемента И 11, открывает элемент И 8. При этом импульс с выхода элемента И 8 задерживается на элементе 3 задержки на время тзад.2, равное длительности импул1 са входной последовательности (диаграмма 24.13) и поступает на второй вход элемента И 13. Если в момент появления импульса на втором входе элемента И 13 отсутствует информация на выходах триггерных разрядов счетчика 1, то в этом случае через элемент ИЛИ 15 на выходе элемента НЕ 7 присутствует сигнал единичного уровня, который открывает элемент И 13, разрешая прохождение импульса с элемента 3 задержки на его выход, и по входу 19 установки в ноль подтверждает нулевое состояние триггера 16, соответствующее отсутствию ошибок в счетчике 1 (при этом элементы И 9 и 10 заперты нулевыми сигналами с выходов элементов НЕ 4 и 5 соответственно).

При поступлении первого импульса следующей входной последовательности открывается блок 2 выделения и задержки первого импульса и работа устройства протекает аналогично.

В предлагаемом устройстве за счет того, что стробирование единичных уровней сигналов с инверсного выхода одновибратора 22 и выхода элемента НЕ 6 осуществляется восьмым импульсом входной последовательности в средней части интервала, соответствующего по длительности рабочему такту схемы, обеспечивается возможность отклонения (нестабильности) параметров одно- вибратора 22 от заданного значения в пределах - бТо бТо, соответствующих по величине половине интервала времени между седьмым и восьмым импульсами входной последовательности (на диаграммах 24.6 и 24.8 указанные зоны заштрихованы). При этом обеспечивается возможность снижения точности поддержания длительности сигнала, формируемого одновибратором

22, в значительных пределах по сравнению с известным устройством.

Требования к точности параметров используемых элементов 3 и 23 задержки значительно ниже требований к точности одно- вибратора 22 из-за меньшего влияния их на правильность функционирования устройства, исходя из выполняемых функций. Аналогичным образом, при обеспечении

г, необходимой точности одновибратора допускается отклонение частоты импульсов входной последовательности от заданного значения в пределах ±бТо, что также обеспечивает возможность снижения точности поддержания параметров входной частоты.

При необходимости одновременного учета точностей указанных параметров в устройстве допустимые отклонения для каждого параметра в наихудшем случае могут составлять величину, равную 0,5бТо.

Таким образом, в предлагаемой схеме устройства при обеспечении указанных допусков на отклонение рассмотренных параметров исключается возможность формирования и регистрации сигнала ложной ошибки

5 при отсутствии реальных ошибок в работе счетной схемы.

В результате сбоя или отказа в работе счетчика 1 импульс на его выходе может не совпадать с выходным импульсом элемента И 11. Однако могут иметь место случаи

0 наличия неисправности и после совпадения указанных импульсов при завершении рабочего цикла. Здесь возможны следующие три случая.

В первом случае, когда импульс на выходе элемента И 11 появляется раньше, чем

5 импульс на выходе переноса счетчика 1, что может иметь место, когда какой-либо разряд счетчика 1 не переключается из нулевого состояния в единичное, инвертированный элементом НЕ 4 сигнал с выхода переQ носа счетчика 1 и импульс с выхода элемента И 11 офкрывают элемент И 10 (диаграмма 24.11) и единичный сигнал через жлемент ИЛИ 14 поступает на вход 18 триггера 16. Триггер переключается в единичное состояние и на его выходе появляет5 ся сигнал ошибки, свидетельствующий об ошибке в счетчике 1. Элементы И 8 и 9 заперты нулевым сигналом с выхода переноса счетчика 1. Импульс с выхода элемента ИЛИ 14 также поступает на вход 17 счетной схемы 1 и устанавливает ее в исходное

0 состояние. С приходом очередного импульса входной последовательности начинается следующий цикл работы устройства.

Если в счетчике 1 был сбой, то в конце следующего цикла работы устройства триггер 16 переводится импульсом с выхода элемента И 13 в исходное нулевое состояние, т.е. при случайном сбое сигнал ошибки представляет собой одиночный импульс, длительность которого равна периоду цикла

работы устройства. В случае устойчивого отказа в счетчике 1 триггер 16 постоянно находится в единичном состоянии и сигнал ошибки представляет собой напряжение постоянного уровня.

Во втором случае возможно наличие неисправности непосредственно после совпадения импульса переноса с выхода счетчика 1 с импульсом на выходе элемента И 11, что может иметь место, когда после появления импульса переноса на выходах триггер- ных разрядов счетчика 1 может быть сохранена неправильная информация, так как какой-либо разряд (несколько разрядов), например первый, участвующий в последней двоичной комбинации, не переключается из единичного состояния в нулевое. В этом случае при совпадении импульсов на выходе переноса счетчика 1 и выходе элемента И 11 на выходе элемента И 8 появляется импульс, который задерживается на элементе 3 задержки и поступает на второй вход элемента И 12. При наличии в этот момент на первом входе элемента И 12 разрешающего сигнала единичного уровня с выхода элемента ИЛИ 15, соответствующего наличию информации в счетчике 1, импульс с выхода элемента 3 задержки (диаграммы 24.2 и 24.13) проходит через открытый элемент И 12 и далее через элемент ИЛИ 14 устанавливает триггер 16 в единичное состояние, соответствующее ошибке в счетчике 1. При этом элементы И 9 и 10 запер- ты нулевыми сигналами с выходов элементов НЕ 4 и 5 соответственно. Распознавание ошибки производится на последующих циклах работы аналогично рассмотренному в первом случае. Таким образом, в данном случае обеспечивается возможность вы- явления ошибки, возникающей в конце рабочего цикла, после совпадения импульсов на выходе переноса счетчика 1 и на выходе элемента И 11.

В третьем случае наличия неисправно- сти (сбой или отказ) импульс на выходе переноса счетчика 1 появляется раньше выходного импульса элемента И 11, что может иметь место, когда какой-либо разряд счетчика 1 не переключается из единичного состояния в нулевое. Рассмотрение данного вопроса проводится отдельно для каждого вида неисправности (отказа или сбоя). При этом для упрощения пояснения ведутся на десятичных эквивалентах, соответствующих значениям двоичного кода для трехразрядной счетной схемы.

Если в результате отказа какой-либо разряд, например первый, остается постоянно включенным в единичном состоянии к началу текущего цикла работы, то в этом случае изменяется коэффициент деления счетчика 1. При этом вместо значений кода, соответствующих последовательности 1234 5, 6, 7, О, получали значения, соответствую5

0 Q s

г 0

5

щие последовательности 35713571 (отсчет последовательных значений кода ведется слева направо). В этом случае на четвертой позиции полученной последовательности появляется импульс на выходе переноса счетчика 1, который опережает импульс на выходе элемента И 11. При этом инвертированный элементом НЕ 5 сигнал с выхода элемента И 11 и импульс с выхода счетчика 1 открывают элемент И 9 и единичный сигнал с его выхода (диаграмма 24.12) через элемент ИЛИ 14 поступает на вход 18 триггера 16. Триггер переключается в единичное состояние и на его выходе появляется сигнал ошибки, свидетельствующий об ошибке в счетчике 1. Элементы И 8 и 10 в этом случае заперты нулевым сигналом с выхода элемента И 11.

Импульс с выхода элемента ИЛИ 14 сбрасывает счетчик 1 в исходное состояние. Так как первый разряд постоянно включен в единичное состояние, то в этом случае после сброса счетчика 1 на последующих четырех позициях счета, начиная с пятой, повторяются значения кода, полученные на первых четырех позициях. При этом на последней позиции счета на выходе счетчика 1 возникает импульс переноса, который совпадает с импульсом на выходе элемента И 11. В результате этого аналогично рассмотренному во втором случае наличия неисправности, в цепи, содержащей элемент И 8, элемент 3 задержки, элемент И 12, при наличии информации в счетчике 1 формируется сигнал, который через элемент ИЛИ 14 подтверждает единичное состояние триггера 16 и осуществляет еще раз сброс счетчика 1. На последующих циклах работы будет иметь место последовательность значении кода 35713571, при этом повторяются операции подтверждения ощибки в триггере 16 и сброса счетчика 1. В данном случае после возникновения ошибки триггер 16 постоянно находится в единичном состоянии и сигнал ошибки на его выходе представляет напряжение постоянного уровня, что соответствует отказу.

В других случаях постоянного включения первого разряда в единичное.состояние, например на щестой позиции , вместо последовательности значений кода 1 23456 7 О имеет место последовательность 12345 7 1 3, а на следующих циклах - 357135 7 1. При постоянном включении первого разряда, например, на второй позиции счета, вместо последовательности значений кода 1 2345670 имеет место последовательность 1 3 5 7 1 3 5 7, а на следующих циклах - 3 5 7 1 3 5 7 1. В конце цикла последовательностей 12345713и 13571357 отсутствует формирование импульса переноса на выходе счетчика 1, поэтому подтверждение сигнала ощибки в триггере 16 осуществляется по цепи элементов НЕ 4 и И 10 аналогично первому случаю, когда импульс

на выходе элемента И 11 появляется раньше, чем импульс переноса на выходе счетчика 1.

Таким образом, учитывая воздействия управляющих сигналов по входам триггера 16 и счетчика 1, необходимо отметить, что в данных примерах после возникновения ошибки триггер 16 также будет хранить единичный уровень сигнала.

Таким образом, на трех рассмотренных примерах показана возможность однозначного распознавания характера ошибки вида отказ для первого разряда счетной схемы 1.

Аналогичным образом может быть рассмотрено формирование ошибки вида отказ при постоянном включении других разрядов, например второго или третьего.

Если в результате сбоя информации импульс на выходе счетчика 1 появляется с опережением импульса на выходе элемента И И, например, в начале рабочего цикла, что имеет место, когда по первому импульсу входной последовательности включаются первый и все остальные разряды счетной схемы в единичное состояние, то в этом случае вместо последовательности значений кодов 1 2345670 имеет место последовательность значений 70123456, а на следующем цикле - 1 2345670. При этом с учетом воздействий управляющих сигналов по входам триггера 16 и счетчика 1 триггер зафиксирует сигнал ошибки на второй позиции счета и сохранит его до конца второго цикла, когда появится сигнал переноса, т.е. длительность сигнала сбоя почти равна длительности двух циклов работы (2 Тц) счетной схемы.

В других случаях возникновения сбоя, например на пятой позиции счета, когда вместе с первым включается второй разряд, вместо последовательности значений 1 2 3 45670 имеет место последовательность 1 2 3 4 7 О 1 2, а на следующем цикле - 12345670, т.е. длительность сигнала сбоя составляет примерно 1,3 Тц. Сравнивая длительность сигнала сбоя, получаемую в различных случаях возникновения неисправности, имеем, что для первого случая длительность сигнала сбоя равна длительности рабочего цикла, а для третьего случая она превышает его и может быть равна длительности почти двух рабочих циклов, поэтому для однозначного распознавания характера ошибки вида «сбой надо учитывать, что длительность импульса сбоя не должна превышать максимального значения, равного 2 область возможного изменения должна быть установлена в пределах Tu Т,2Т..

8Формула изобретения

5

1.Счетный элемент с контролем, содержащий счетчик, блок выделения и задержки

5 первого импульса, два элемента НЕ, четыре элемента И, первый элемент ИЛИ, триггер и входную шину, которая соединена с входом блока выделения и задержки первого импульса и со счетным входом счетчика, выход переноса которого соединен с входом первого элемента НЕ и с первыми входами первого и второгр элементов И, второй вход первого из которых соединен с выходом блока выделения и задержки первого импульса, с входом второго элемента НЕ и с

г первым входом третьего элемента И, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого элемента НЕ и с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами установки в «1 триггера и установки в «О счетчи0 ка, выход второго элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход триггера соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в него введены третий элемент НЕ, элемент задержки, пятый элемент И и второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с прямыми выходами разрядов счетчика, выход второго элемента ИЛИ соединен с пер0 вым входом четвертого элемента И и с входом третьего элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с входом установки в «О триггера, выход первого элемента И соединен с входом элемента задержки,

5 выход которого соединен с вторыми входами пятого элемента И и четвертого элемента И, выход которого соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ.

2.Счетный элемент по п. 1, отличающий- 0 ся тем, что блок выделения и задержки первого импульса содержит первый элемент И, элемент задержки, вход блока выделения и задержки первого импульса соединен с первым входом первого элемента И, выход,

с первый, второй и третий входы второго элемента И соединены соответственно с выходом блока выделения и задержки первого импульса, с инверсным выходом одновибра- тора, с выходом элемента НЕ и с первым входом первого элемента И, второй вход ко0 торого соединен с входом элемента НЕ и с выходом элемента задержки, вход которого соединен с инверсным выходом одновибра- тора, вход которого соединен с выходом первого элемента И.

.2

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля работоспособности счетных схем в устройствах различного назначения. Цель изобретения - расширение области применения, повышение надежности и достоверности контроля. Устройство содержит счетчик 1, блок 2 выделения и задержки первого импульса, элемент 3 задержки, элементы НЕ 4 и 5, элементы И 8-10, элемент ИЛИ 14, триггер 16. Введение элементов НЕ 6 и 7, элементов И 12 и 13, элемента ИЛИ 15 обеспечивает контроль в данном цикле возврата разрядов счетчика 1 в исходное состояние после формирования счетчиком 1 импульса переноса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.