Двоичный счетчик Советский патент 1989 года по МПК H03K23/40 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при построении многоразрядных счетчиков в системах слежения, регистрации событий, цифровой обработки данных.

Цель - повышение быстродействия двоичного счетчика.

На фиг.1 изображена схема счетчика; на фиг.2 - схема формирователя первого разряда; на фиг.З - то же, второго разряда; на фиг.4 - то же, каждого нечетного разряда, начиная с третьего; на фиг.5 - то же, каждого четного разряда, начиная с четвертого.

Счетчик содержит п разрядов i-l, каждый разряд состоит из счетного триггера 2 и формирователя 3, прямой выход триггера подключен к выходу разряда 4., ,...,п, счетный вход триггера соединен с первой входной пшной 5 расширения разряда; вторую шину 6 расширения разряда, второй и

первый выходы формирователя 3 подключены соответственно к первой 7 и второй 8 выходным шинам расширения разряда, третий вход формирователя первого разряда и четвертые вхоДы формирователей остальных разрядов подключены к шине 9 инверсии счетного ла устройства, второй вход формирователя первого разряда и третьи входы формирователей остальных разрядов соединены с шиной 10 наращивания устройства, шина 9 инверсии счетного сигнала через инвертор 11 подключена к первой входной шине 5 расширения первого разряда, вторые входы формирователей всех разрядов, кроме первого, подключены к второй входной шине 6 расширения разряда, первая 5 и вторая 6 входные шины расширения каждого разряда, начиная с второго, подключены соответственно к первой 7 и второй 8 выходными шинами распшрения предыдущего разряда, первый вход фор(Л

ел to

со ;;

3152

мирователя в четных разрядах подключен к прямому, в нечетных - к инверсному выходу триггера, первая и вторая выходные шины расширения послед- него п-го разряда соединены соответственно с первой 12 и второй 13 выходными шинами расширения счетчика.

Схема формирователя первого разряда (фиг.2) содержит инвертор 14 и элемент 15, вход инвертора 14 соединен с первым входом 16 формирователя и первым входом элемента ИЛИ-НЕ 15, а его выход - с первым выходом 17 формирователя и вторым его входом 18, второй вход элемента ИЛИ-НЕ 15 подключен к третьему входу 19 формирователя, а его выход - к второму выходу 20 формирователя.

Схема формирователя второго раз- ряда (фиг.З) содержит инвертор 21, элементы И-НЕ 22 и ИЛИ-НЕ 23, вход инвертора 21 соединен с первым входом 27 формирователя и первым входом элемента И-НЕ 22, а его выход - с пер вым выходом 25 формирователя, второй 26 и третий 27 входы формирователя подключены к второму входу элемента И-НЕ 22, входы элемента ИЛИ-НЕ 23 соединены с четвертым входом 28 формирователя и выходом элемента И-НЕ 22, выход элемента ИЛИ-НЕ 23 подключен к второму выходу 29 формирователя.

Схема формирователя каждого нечетного разряда, начиная с третьего (фиг,4), содержит два элемента

ИЛИ-НЕ 30, 31, элемент И-НЕ 32,

f

входы элемента ИЛИ-НЕ 30 подключены к первому 33 и второму 34 входам формирователя, а его выход - к первому выходу 35 формирователя и первому входу элемента И-НЕ 32, второй вход которого соединен с третьим входом 36 формирователя, а выход - с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 31, чей второй вход подключен к четвертому входу 37 формирователя, а выход - к второму выходу 38 формирователя.

Схема формирователя каждого четно- го разряда, начиная с четвертого (фиг.5), содержит два элемента И-НЕ 39, 40, элемент ИЛИ-НЕ 41 и инвертор 42, входы элемента И-НЕ 39 подключены к первому 43 и второму 44 входам фор- мирователя, а его выход - к первому выходу 45 формирователя и через инвертор Д2 - к первому входу элемента 40, второй вход которого под-

5

0 5 о

Q 5

5

ключей к третьему входу 46 формирователя, а выход - к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 41, чей второй вход соединен с четвертым входом 47 формирователя, а выход - с вторым выходом 48 формирователя.

Двоичный счетчик работает следующим образом.

На шину 9 подаются инверсные значения счетных сигналов. Триггер в каждом разряде счетчика выполняет роль делителя на два частоты импульсов, поступающих на первую входную Шину 5 расширения разряда. Урав- ненне счетного импульса, поступающего на вход триггера i-ro разряда, имеет следующий вид:,

С C,Q,...Q,,, , ....,п, (1) где Сд - счетные сигналы; Q, , . ,Q;.,.- выходы счетных триггеров с первого по (1-1)-й разряды. Для первого разряда С CQ. Следовательно, счетный импульс на первую входную шину расширения i-ro разряда поступит одновременно с общим счетным сигналом С при условии, что все предыдущие разряды счетчика готовы к переключению (значения их выходов Q ... Q,-,, 1).

Анализ схемы формирователя прототипа показьшает, что его функционирование по второму выходу описьшается

формулой

С ,...Q,., , а на первом выходе формирователя реализуется функция

F; Q, ... G, i l ,. .. ,п.

На первом выходе формирователя i-ro разряда предлагаемого счетчика реализуются функции: для нечетных разрядов (кроме первого)

Q,...Q,-, ,5,7,...,n-l; для четных разрядов

F. Q...Q|, , 4, 6,...,п; Для первого разряда Q ,.

Изменение функций первого выхода формирователя в каждом разряде позволяет существенно повысить быстродействие счетчика. Действительно, задержка переключения п-го разряда прототипа относительно входного счетного сигнала С определяется фомулой

2,,

задержка переключения инвертора;

задержка переключения триггера. В предлагаемом счетчике эта задержка равна

(n-2)

п

Увеличение быстродействия счетчика в 2 раза достигается благодаря тому, что в схеме прототипа при максимальной частоте следования счетных сигналов С условие разрешения переключения п-го разряда должно быть сформировано цепочкой из п элементов формирователей, эквивалентных двухвходовым элементам И-НЕ/ИЛИ- НЕ, за один период счетных сигналов, а в схеме данного счетчика - за два периода, поскольку состояние Q первого разряда подключается к формированию условия разрешения переключения п-го разряда лишь на последнем этапе, а не проходит по всей цепочке формирователей.

Таким образом, за счет введения в каждый формирователь, начиная с .второго разряда, дополнительного элемента И-НЕ быстродействие счетчика увеличивается в два раза.

Формула изобретения 30

,,

Двоичный счетчик, содержащий и п разрядов, каждый разряд состоит из счетного триггера и формирователя, счетный вход триггера подключен к первой входной шине расширения разряда, прямой выход триггера является выходом разряда, первый и второй выходы формирователя подключены соответственно к второй и первой выходным шинам расширения разряда, во всех разрядах, кроме первого, второй вход формирователя соединен с второй входной шиной расширения разряда, во всех четных разрядах первый вход формиро- вателя соединен с прямым выходом триггера, первая и вторая входные шины расширения каждого последующего разряда, начиная с второго, подключены соответственно к первой и второй выходным шинам расширения предыдущего разряда, отличающийся тем, что, с целью повьппения быстродействия, первые входы формирователей

0

0

5

0

5

0

5

нечетных разрядов подключены к инверсным выходам триггеров соответствующих разрядов, формирователь каждого разряда содержит элемент ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с последним входом формирователя, а выход - с вторым выходом формирователя, второй вход фop U poвaтeля первого разряда и третьи входы формироьателей остальных разрядов соединены с шиной наращивания счетчика, в первом разряде третий вход, а в остальных разрядах четвертый вход формирователя подключены к шине инверсии счетного сигнала счетчика, которая через инвертор соединена с первой входной шиной расширения первого разряда, в .формирователь первого разряда введен инвертор, вход которого подключен к первым входам формирователя и элемента ИЛИ-НЕ, а выход его - к второму входу и первому выходу формирователя, в формирователь второго разрада введены инвертор и элемент И-НЕ, вход инвертора соединен с первыми входами формирователя и элемента И-НЕ, а выход его - с первым выходом формирователя, второй вход элемента И-НЕ подключен к второму и третьему входам формирователя, а выход - к первому входу элемента ИЛИ-НЕ, в формирователь каждого нечетного разряда, начиная с третьего, введены элемент И-НЕ , и второй элемент ИЛИ-НЕ, входы второго элемента ИЛИ-НЕ соединены с первым и вторым входами формирователя, а выход - с первым выходом формирователя и первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к третьему входу формирователя, а вьгход - к первому входу первого элемента ИЛИ- НЕ, в формирователь каждого четного разряда, начиная с четвертого, ввеДе- ны инвертор и два элемента И-НЕ, входы первого элемента И-НЕ подключены к первому и второму входам формирователя, а его выход - к первому выходу формирователя и через инвертор - к первому входу второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с третьеим входом формирователя, а выход - с первым входом элемента ИЛИ-НЕ.

0

Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике. Цель изобретения - увеличить быстродействие двоичного счетчика, который содержит инвертор и N разрядов, каждый из которых состоит из счетного триггера и формирователя, включающего в себя элемент ИЛИ-НЕ. В формирователи всех разрядов, кроме первого, введен элемент И-НЕ, предназначенный для ускоренного формирования разрежения переключения N-го разряда, за счет чего достигается повышение быстродействия счетчика в два раза. 5 ил.