Двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 Советский патент 1988 года по МПК H03K23/72 

(Л

СП

4

ее

Изобретение относится к и fпyльc- ноп тех11ике и может быть использовано в устройствах деления частоты иьтуль- сов на десять и управления ключевыми схемаьш в условиях высоких уровней наводок, помех и возможных кратковременных изменений напряжения питания

Целью изобретения является упрощение двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1; на фиг о 2 - временные диаграммы его ра- ботЫо При этом номер диаграммы фиг,2 соответствует номеру шины, на которой присутствует этот сигнал, или, если сигнал не подключен ни к одной шине, номер диаграммы на фиг, 2 соответст- вует номеру элемента на фиг„ 1, с выхода которого снимается этот сигнал.

Двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 содержит входную шину 1 и шину 2 начальной установки, которые под кпючены соответственно к счетному входу и входу установки в О первого счетного триггера, первый счетный триггер 3, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с шинами 4 и 5 прямого и обратного кода первого разряда, двухвходовьш элемент И-НЕ 6, вход которого соединен с входом двухвходового элемента И-НЕ 7 и с входом трехвходового элемента И-НЕ 8, первьй триггер 9 с раздельными входами, который состоит из трехвходового вспомогательного элемента И-НЕ 10 и двухвходового вспомогательного элемента PI-HE 11 и имеет вход установки в 1, который подключен к выходу трехвходового элемента И-НЕ 8, и два входа установки в О, которые соединены соответственно с выходом двухвходового элемента И-КЕ 7 и с шиной 2 начальной установки, двух входовый элемент И-НЕ 12, входы которого соединены соответственно с выходом двухвходового элемента И-НЕ 7 и с инверсным выходом триггера 9, трехвходовьм элемент И-НЕ 13, выход которого подключен к шине 14 обратного кода второго разряда, инвертор 15, вход которого соединен с выходом трехвходового элемента И-НЕ 13, а выход подключен к шине 16 прямого кода второго разряда, второй счетный триггер 17, счетный вход которого соединен с выходом инвертора 15, прямой выход

о

5

0

5

0

с 1Ш1ной 18 прямого кода третьего разряда, а инверсной выход - с шиной 19 обратного кода третьего разряда, второй триггер 20 с раздельными входами, который состоит из трехвходового вспомогательного элемента И-НЕ 21 и двухвходового вспомогательного элемента И-НЕ 22 и имеет вход установки в 1, который подключен к инверсному выходу второго счетного триггера два входа установки в О, которые соединены соответственно с выходом двухвходового элемента И-НЕ 6 и с шиной начальной установки, двух- входовьй элемент И-НЕ 23, входы которого соединены соответственно с выходом двухвходового элемента И-НЕ 6 и с инверсным выходом триггера 20, двухвходовый элемент И-НЕ 24, вход которого подключен к выходу двухвходового элемента И-НЕ 23, а выход соединен с шиной 25 обратного кода четвертого разряда, инвертор 26, вход которого соединен с выходом двухвходового элемента И-НЕ 24, а выход подключен к шине 27 прямого кода четвертого разряда.

Счетные триггеры 3 и 17 срабатывают синфазно заднему фронту импульса, подаваемого на счетный вход соот- , ветствующего триггера. Установка р О счетных триггеров обеспечивается подачей на вход установки в О нулевого сигнала, а режим счета - подачей на этот вход единичного сигнала.

Работа двоично-десятичного счетчл ка в коде 8-4-2-1 происходит следующим образом

Пусть перед подачей положительных импульсов на входную шину 1 двоично- десятичного счетчика в коде 8-4-2- произведена начальная установка Для этого достаточно подать на шину 2 начальной установки сигнал нулевого логического уровня. Он непосредственно подается на вход установки в О первого счетного триггера 3 и вызывает появление на его прямом выходе (на шине 4 прямого кода первого разряда) нулевого сигнала, а на инверсном выходе (на шине 5 обратного кода первого разряда) единичного сигнала. Нулевой уровень на шине 4 прямого кода формирует единичные сигналы на выходах элементов И-НЕ 6j 7 и 8, После этого на входе установки в 1 первого триггера 9 с раздельными входами оказывается единичны сигнал

314

(с выхода элемента И-HF. 8), а на его первом входе установки в О - нулевой сигнал (с шины 2 начальной установки) , Таким образом, происходит начальная установка первого триггера 9 с раздельными вxoдa и: на выходе элемента И-НЕ 10 формируется единичный сигнал, а на выходе элемента И-НЕ 11 - нулевой сигнал После этого на обоих входах элемента И-НЕ 12 оказываются единичные сигналы (с выходов элементов И-НЕ 7 и 10), т.е. на выходе элемента И-НЕ 12 формрфует- ся нулевой сигнал. Сигнал с выхода элемента И-НЕ 12 вызывает появление на выходе элемента И-НЕ 13 (и на шине 14 обратного кода второго разряда, соответствующего выходу элемента И-НЕ 13) единичного сигнала. Единичный сигнал на шине 14 инвертируется инвертором 15 и на шине 16 прямого кода второго разряда появляется нулевой сигнал, подаваемый также на счетный вход второго счетного триггера 17 Поскольку на вход установки в О этого триггера подан нулевой сигнал с шины 2 начальной установки на прямом выходе триггера 17 (на шине 18 прямого кода третьего разряда) появляется нулевой сигнал, а на его инверсном выходе (на шине 19 обратного кода третьего разряда) - единичный сигнал Таким образом, на вхохге установки в 1 второго триггера 20 с раздельными входами оказывается единичный сигнал (с шины 19 обратного кода третьего разряда), а на его первом входе установки в О - нулевой сигнал (с шины 2 начальной установки). Это вызывает начальную установку второго триггера 20 с раздельными входами: на выходе элемента И-НЕ 21 формируется единичный сигнал, а на выходе элемента И-НЕ 22 - нулевой. Это означает, что на обоих входах элемента И-НЕ 28 оказываются единичные сигналы (с выходов элементов И-НЕ 6 и 21). Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 23 появляется нулевой сигнал, которьй, в свою очередь, формирует единичный сигнал на выходе элемента И-НЕ 24 (и на шине 25 обратного кода четвертого разряда, подключенноч к выходу элемента И-НЕ 24) . Едишг1ньм сигнал на шине 25 инвертируется инвертором 26, и тш шине 27 прямого кода четвертого разряда оказывается нулевой сигнал. Таккм образом, во

9

время действия нулерого сигнала на шине 2 начальной установки фортфутот- ся сигналы на выходах всех логичес ких элементов предлагаемого двоично- десятичного счетчика в коде 8-4-2-1, Поскольку шина начальной установки подключена только к входам триггер- ньк схем, сигнал на выходах логических элементов предлагаемого счетчика не изменяется по окончании режима начальной установки и формирования на шине 2 начальной установки единичного сигнала. Таким образом, после

окончания ре:кима начальной установки, перед подачей и тульсов счета, нулевой сигнал оказывается на всех шинах. 4, 16, 18 и 27 прямого кода, а единичный сигнал - на всех шинах 5, 14,

19 и 25 обратного кода счетчика. Это означает, что счетчик установлен в состояние 0000.

После прохождения первого иьшульса (t,), подаваемого на входную шину 1,

происходит переброс счетного триггера 3 в единичное состояние: на его инверсном выходе (шина 5 обратного кода первого разряда) формируется нулевой сигнал, а на прямом выходе

(шина 4 прямого кода первого разряда) формируется единичньй сигнал. После этого на всех входах элемента И-НЕ 8 оказываются единичные сигналы и на выходе элемента И-НЕ 8 формируется

нулевой сигнал. Этот сигнал подтверждает единичный сигнал на выходе элемента И-НЕ 13 и попадает на вход установки в 1 первого триггера 9 с раздельными входами. Поскольку на

обоих входах установки в О этого триггера присутствуют единичные сигналы (с выхода элемента И-НЕ 7 и с 2 начальной установки) сигнал на входе установки в 1 вызывает

переброс триггера 9 в единичное состояние: на выходе его элемента И-НЕ 11 фop шpyeтcя единичный сигнал, а на выходе элемента И-НЕ 10 - нулевой Нулевой сигнал на выходе

элемента И-НЕ 10 вызывает появление единичного сигнала на выходе элемента И-НЕ 12. Других изменений сигналов в момент t не происходит и в счетчике оказывается состояние 0001.

В момент tj окончания второго импульса счета счетньп триггер 3 переходит в состояние О, при этом на его инверсном выходе формируется единичнъш сигнал, а на прямом вьгхо514

де - нулевой„ Этот сигнал подтверждает едщ шчньпЧ сигнал на выходах элементов И-НР; 6 и 7 и устанавливает единичный сигнал на выходе элемента И-НЕ 8с После этого на всех входах элемента И-НЕ 13 оказываются единичные сигналы, что приводит к формированию на выходе элемента И-НЕ 13 нулевого сигнала с Таким образом, на шине 14 обратного кода второго разряда появляется нулевой сигнал Он инвертируется инвертором 15 и на шине 16 прямого кода второго разряда появляется единичный сигнал. Других изменений сигналов на выходах элементов в момент tj не происходит и в счетчике оказывается содержимое 0010,

После окончания третьего иютульса, подаваемого на входную шину 1 (момент tj), в счетный триггер 3 записывается единица: появляется нулевой сигнал на его инверсном выходе (шина 5 обратного кода первого разряда) и единичный сигнал на прямом выходе (шина 4 прямого кода первого разряда) После этого к обоим входам элемента И-НЕ 7 оказываются приложены единичные сигналы, в результате чего на вы- ходе элемента И-НЕ 7 появляется нулевой сигнал. Он подтверждает единичное состояние на выходе элемента И-НЕ 12 и поступает на один из входов установки в О первого триггера 9 с раздельными входамИо Поскольку на всех остальных входах этого триггера присутствуют единичные сигналы, то на выходе его элемента И-НЕ 10 формируется един1гчный сигнал, а на выходе элемента И-НЕ 11 - нулевой„ Все остальные сигналы остаются в момент tj неинменными и двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 оказывается в состоянии 0011 о После окончания четвертого импульса счета, подаваемого на шину 1 (момент t4), в счетный триггер 3 записывается появляется единичный сигнал на его инверсном выходе (шина 5 обратного кода первого разряда) и нулевой сигнал на прямом выходе (шина 4 прямого кода первого разряда) Данньм сигнал подтверждает единичные выходные сигналы элементов И-НЕ 6 и 8j а также устанавливает единичный выходной сигнал на элементе И-НЕ 7 После этого на обоих входах элемента И-НЕ 12 оказываются единичные сигналы, на выходе элемента И-НЕ 12 формируется нулевой

54396

сигнал Он, в свою очередь, формирует единичный сигнал на выходе элемента И-НЕ 13 (шина 14 обратного ко да второго разряда), который инвертируется инвертором 15 (шина 16 прямого кода второго разряда). Таким образом, на счетном входе второго счетного триггера 17 проходит задний

0 фронт входного сигнала о Так как на вход установки в О триггера 17 подан единичный сигнале шины 2 начальной установки, в момент t происходит переключение счетного триггера 1 7:

5 на его прямом выходе (шина 18 прямого кода третьего разряда) устанавливается единичный сигнал, а на инверсном выходе (шина 19 обратного кода третьего да) - нулевой.Этот сигнал подтверждает

0 единичный выходной сигнал элемента И-НЕ 24 и поступает на вход установки в 1 второго триггера 20 с раздельными входами. Поскольку на остальных входах этого триггера присутствуют

25 единичные сигналы.происходит переключение триггера 20: на выходе его элемента И-НЕ 22 появляется единичный сигнал, а на выходе элемента И-НЕ 21 нулевой. Этот сигнал вызывает появ30 ление единичного сигнала на выходе элемента И-НЕ 23. Других изменений сигналов в момент t/f не происходит и двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 устанавливается в состояние 0100.

После прохождения четвертого импульса счета состояния выходных сигналов элементов 3, 7, 8, 9, 12, 13 и 15 (которые только лишь менялись

40 в моменты t,, tj и tj) полностью повторяют состояния .перед подачей первого импульса счета о Не изменились и внешш1е потенциалы на этой группе элементов. Значит изменения сигналов

45 в момент tj окончания пятого импульса счета должны повторять изменения в момент t(, после шестого (tg) будут те же изменения, что и в момент tJ, а после седьмого (t) - те же,

5Q что и в момент t, Таким образом,

в момент tj счетчик перейдет в состояние 0101, в момент tg - в состояние 0110, а в момент в 0111. При этом, после окончания переходного процесса

gg пере1слючения счетчика в момент t, нулевые сигналы должны присутствовать на шинах 5, 14 и 19 обратного кода и на шине 27 прямого кода, а единичные сигналы - на шинах 4, 16 и 18

35

прямого кода и на шине 25 обратного кода. Кроме того, едишгчный сигнал должен быть на вьдходах элементов И-НЕ 6, 8, 10, 12, 22 и 23. На выходах же элементов И-НЕ 7, 11 и 21 устанавливаются нулевые сигналы,

В момент tg окоь чания восьмого импульса счета происходит переброс

прямого кода первого разряда - еди- ничньш. После этого на обоих входах элемента И-НЕ 6 устанавливаются единичные сигналы. В результате на выходе элемента И-НЕ 6 формируется нулевой сигнал о Он подтверждает единич ный выходной сигнал элемента И-НР; 23 и попадает на один из входов установ

счетного триггера 3 - нулевое состо- ю ки в О второго триггера 20 с разпрямого кода первого разряда - еди- ничньш. После этого на обоих входах элемента И-НЕ 6 устанавливаются единичные сигналы. В результате на выходе элемента И-НЕ 6 формируется нулевой сигнал о Он подтверждает единичный выходной сигнал элемента И-НР; 23 и попадает на один из входов установ

Изобретение может быть использовано в устройствах деления частоты импульсов на десять и управления ключевыми схемами в условиях высоких уровней наводок, помех и возможных кратковременных изменений напряжения питания. Счетчик содержит счетные триггеры 3 и 17, двухвходовые элементы И-КЕ 6, 7, 12, 23, 24, трехвходо- вые элементы И-НЕ 8 и 13, триггер 9, состоя ций из трехвходового вспомога- тапьного элемента И-НЕ 10 и двухвхо- допого вспомогательного элемента И-НЕ 11, инвертор 15 и триггер 20, состоящий из трехвходового и двухвхо- дового вспомогататьных элементов И-НЕ 21 и 22. Предложенное функциональное соединение элементов схемы счетчика исключает возможность появления любого запрещенного состояния , 2 ил ., |

яние. При этом на его инверсном выходе (шина 5 обратного кода первого разряда) устанавливается единичный сигнал, а на прямом выходе (шина 4 прямого кода первого разряда) формирует- 15 его трехвходового элемента И-НЕ 21 ся нулевой сигнал. Он подтверждает формируется единичный сигнал, а на

дельными входами. Поскольку на ост ных входах этого триггера присутст вуют единичные сигналы,происходит переключение триггера 20: на выход

единичное состояние на выходах элементов И-НЕ 6 и 8, а также устанавливает единичный сигнал на выходе элемента И-НЕ .7, После этого на обоих входах элемента И-НЕ 12 устанавливаются единичные уровни сигнала и на выходе элемента И-НЕ 12 формируется нулевой сигнал. Этот сигнал вызывает появление единичного сигнапа на выходе элемента И-НЕ 13 (шина 14 обратного кода второго разряда) . Этот сигнал инвертируется инвертором 15 и на шине 16 прямого кода второго разряда формируется нулевой сигнал. Таким образом, на счетном входе второго счетного триггера 17 проходит задний . фронт сигнала счета (в то время, как на входе начальной установки сохраняется неизменно еди1шчный сигнал с шины 2 начальной установки), что вызывает переброс триггера 17: на шине 18 прямого кода третьего разряда появляется нулевой сигнал, а на шине 19 обратного кода третьего разряда формируется единичный сигнал. После этого на обоих входах элемента И-НЕ 24 оказываются единичные сигналы, в результате чего на выходе этого элемента (шина 25 обратного кода четвертого разряда) формируется нулевой сигнал. Он инвертируется инвертором 26 и на шине 27 прямого кода четвертого раз- рядг появляется единичный сигнал. Других изменений сигналов на выходах лог1гческих элементов в момент tg не будет и двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 устанавливается в состояние 1000,

После окончания девятого импульса (момент t()) происходит срабатыва- ш е счетного триггера 3: на шине 5 обратного кода первого разряда появ- пяется нулевой сигнал, а на шине 4

его трехвходового элемента И-НЕ 21 формируется единичный сигнал, а на

дельными входами. Поскольку на остальных входах этого триггера присутствуют единичные сигналы,происходит переключение триггера 20: на выходе

выходе его двухвходового элемента И-НЕ 22 - нулевой. Других изменений сигналов на выходах логических элементов в момент t не происходит и двош но-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 устанавливается в состояние 1001.

По окончании десятого импульса

счета (момент t,g) происходит срабатывание первого счетного триггера 3, При этом на его инверсном выходе (шина 5 обратного кода первого разряда) формируется единичный сигнал, а на

прямом вькоде (шина А прямого кода первого разряда) формируется нулевой сигнал. Он подтверждает единичный сигнал на выходах элементов И-НЕ 7 и 8, а также формирует единичный сигнал на выходе элемента И-НЕ 6, После формирования единичного сигнала на выходе элемента И-НЕ 6 на обоих входах элемента И-НЕ 23 устанавливаются единичные уровни напряжения и на выходе

элемента И-НЕ 23 появляется нулевой сигнал. Он, в свою очередь, устанавливает единичный сигнал на выходе элемента И-НЕ 24 (шина 25 обратного кода четвертого разряда). Сигнал на шине

25 инвертируется инвертором 26, и на шине 27 прямого кода четвертого разряда появляется ну левой сигнал. Других изменений сигналов в момент не происходит и двоично-десятичный

счетчик устанавливается в состояние 0000. При этом все выходные сигналы элементов двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1 повторяют соответствующие сигналы после окончания начальной установки перед подачей сигналов счета. Таким образом, далее работа двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1 повторяет рассмотренную вьш1е.

f4

Как бычо рассмотрено вьш1е, двоич- но-десятичньп 1 в коде 8-4-2-1 последовательно переходит в состояние от 0000 до 1001 и далее опять 0000. Покажем, что кроме этих десяти состояний, схемная реализация счетчика не дотгускает никаких других состояний. Таких запрещенных состояний в принципе и еется шесть: 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 и 1111,

Нокажем вначале исключение запрещенных состояний 1100, 1101, 1110 и 1111. Во всех этих состояниях на шине 18 прямого кода третьего разряда должен присутствовать единичный сигнал, а на шине 19 обратного кода третьего разряда - нулевой сигнал. Пулевой сигнал на шине 19, в частности, подается на вход элемента ИЧ1Е 24 Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 24 (шина 25 обратного кода четвертого разряда) устанавливается единичный сигнал. Он инвертируется инвертором 26, и на шине 27 прямого кода четвертого разряда устанавливается нулевой сигнал, т.е. схемная реализа- Щ1Я счетчика исключает одновременное наличие в его третьем и четвертом разрядах единичной информации, и состояния 1100, 1101, 1110 и 1111 возникнуть не могут.

Покажем теперь кскпючение запрещенных состояний и lUli, В обоих этих состояниях на 1Ш1не 25 обратного кода четвертого разряда должен присутствовать нулевой сигнал, кото- , инвертируясь инвертором 26, создает единичны сигнал на шине 27 прямого кода четвертого разряда. Однако шина 25 подключена к входу элемента И-НЕ 13 о Нулевой сигнал на шине 25 форг-шрует единичньй сигнал на выходе элемента И-НЕ 13 (шина 14 обратного код второго разряда). Он инвертирует,- . инвертором 15, и на шине 16 прямого кода второго разряда формируется нулевой сигнал, iTc-e схемная реализация счетчика исключает одновременно наличие в его четвертом и втором разрядах единичной информации, и состояния 1010 и 1011 возникнуть не могут.

Таким образом, схема двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1 исключает возможность появления любого запрещенного состояния

Формула и 3 о c p e т e ч и я

Дноично-десятичньй счетчик в коде 8-4-2-1, содержаи1 1й два счетных триггера, два трехвходовых элемента И-НЬ., два инвертора, пять двл т входовых элементов И-ИЕ и четыре вспомогательных элемента И-НЕ, счетный вход первого

счетного триггера соединен с входной П1ИНОЙ, вход установки в О - с шиной начальной установки, инверсный выход - с шиной обратного кода первого разряда, а прямой выход - с шиной

прямого кода первого разряда, первыми входами первого и второго двухвхо- довых элементов И-НЕ и первым входом первого трехвходового элемента И-НЕ второй вход которого подключен к шине обратного кода четвертого разряда, выход - к первому входу второго трехвходового элемента И-НЕ, а третий вход - к шине обратного кода второго разряда, входу первого инвертора и

к выходу второго трехвходового элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего двухвходово- го элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго двухь ходового элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с тиной прямого кода второго разряда, выходом первого инвертора и счетным входом второго счетного триггера, инверс.чыи выход

35

которого подключен к )Ш1не оорл, .-.о

кода третьего разряда и к первом: входу етвертого двухвходового элеме - та И-НЕ, а прямой выход - к шине прямого кода третьего разряда, шгна пря мого кода четвертого разряда соединена с вторым входом первого двухвходового элемента И-НЕ, выход которого ггодключеп к перво гу входу пятого .рходового элемента И-НЕ, о т л и™

ч а к; щ и и с я тем, что, с целью тарощения, первый и второй, а также третий и четвертой вспомогательные элемеш Ы И-НЕ объединены в два триггера с раздельными входам , которые

имеют вход установки в 1 и по два входа ycTai;oPKii R О, инверсньш выход первого триггера с раздельными входами, который выполнен на первом и втором вспомогательных элрментах И-НЕ, двухвходовом и трехвходо- вом, подключен к второму входу третьего дву :входового элемента H-flE, вход установки в 1 - к выходу первого трехвходового элемента И-НЕ, первьй

вход установки в О - к выходу второго двухвходового элемента И-НК, а второй вход установки в О - к шине начальной установки и к входу установки в О второго счетного триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки в 1 второго триггера с раздельными входами, кото- рьй выполнен на третьем и четвертом вспомогательных элементах И-НЕ - двухвходовом и трехвходовом, первый вход установки в О которого подключен к выходу первого двухвходового

ii

элемента И-НЕ, второй вход установки в О - к шине начальной установки, а инверсньй выход - к второму входу пятого двухвходового элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом четвертого двухвходового элемента И-НЕ, выход которого подключен к шине инверсного кода четвертого разряда, к третьему входу второго трехвходового элемента И-НЕ и к входу второго инвертора, выход которого соединен с шиной прямого кода четвертого разряда.