КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК Советский патент 1994 года по МПК H03K25/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых устройствах, работающих в условиях воздействия различного рода помех.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности за счет повышения помехоустойчивости.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого кольцевого счетчика, выполненного в пятиразрядном варианте.

Счетчик содержит элементы И 1-1...1-5, 2-1...2-5, 3-1...3-5, 4-1...4-5, элементы ИЛИ 5-1...5-5, 6-1...6-5, RC-элементы 7-1...7-5, 8-1... 8-5, элементы ИЛИ-НЕ 9, 10 и инверторы 11, 12. Первый вход элемента ИЛИ-НЕ 9 соединен с входной шиной 13, а выход элемента ИЛИ-НЕ 9 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 10, с первыми входами элементов И 1-1...1-5, 2-1...2-5 и через инвертор 12 с первыми входами элементов И 4-1...4-5. Вторые входы элементов ИЛИ-НЕ 9, 10 объединены и соединены с шиной 14 сброса. Выход элемента ИЛИ-НЕ 10 соединен с первыми входами элементов И 3-1...3-5. Выходы элементов И 1-1...1-5 соединены с первыми входами элементов ИЛИ 5-1...5-5 соответственно вторые входы которых соединены с выходами элементов И 3,1... 3-5 соответственно. Выходы элементов ИЛИ 5-1...5-5 соединены с входами RC-элементов 7-1. ..7-5 соответственно, выходы которых соединены с вторыми входами элементов И 2-1...2-5 соответственно. Выходы элементов И 2-1...2-6 соединены с первыми входами элементов ИЛИ 6-1...6-5 соответственно, вторые входы которых соединены с выходами элементов И 4-1...4-5, вторые входы которых соединены с выходами RC-элементов 8-1...8-5. Входы RC-элементов 8-1... 8-5 соединены с выходами элементов ИЛИ 6-1...6-5 и с вторыми водами элементов И 1-1...1-5 соответственно, вторые входы элементов И 1-1...1-4 соединены с вторыми входами элементов И 3-2...3-5 соответственно, второй вход элемента И 1-5 через инвертор 11 соединен с вторым входом элемента И 3-1.

Постоянная времени всех RC-элементов 7-1...7-5, 8-1...8-5 одинаковая и выбирается, исходя из требуемого уровня помехозащиты счетчика. Резисторы на выходах RC-элементов не являются обязательными элементами схемы, они нужны лишь в частных случаях, например для защиты отдельных серий микросхем (например, КМОП) от так называемого "тиристорного эффекта" при больших значениях емкостей на входах микросхем.

Работает счетчик следующим образом.

После включения питания счетчика при отсутствии управляющих сигналов, т. е. когда на шинах входной 13 и сброса 14 присутствуют уровни логического "0" (здесь и далее в тексте уровни сигналов соответствуют счетчику, реализованному на базе микросхем серии 564), конденсаторы RC-элементов 7-1...7-5, 8-1. . . 8-5 разряжены, на вторые входы элементов И 2-1...2-5 и 4-1 ... 4-5 устанавливаются уровни логического "0", на выходе элементах ИЛИ-НЕ 9, на входе инвертора 12 и на первых входах элементов И 1-1...1-5 и 2-1...2-5 - уровень логической "1", на выходе элемента ИЛИ-НЕ 10 инвертора 12 и первых входах элементов И 3-1...3-5 и 4-1...4-5 - уровни логического "0". При такой комбинации сигналов на первых входах элементов И 1-1...1-5, 3-1...3-5 и 2-1...2-5, 4-1...4-5 на выходы элементов ИЛИ 5-1...5-5, 6-1...6-5 поступает информация с вторых входов элементов И 1-1...1-5 и 2-1...2-5 соответственно. Таким образом на выходах элементов ИИ 6-1...6-5 присутствуют уровни логического "0", так как конденсаторы RC-элементов 7-1...7-5 разряжены. Уровни логического "0" на выходах элементов ИЛИ 6-1...6-5 поддерживают в разряженном состоянии конденсаторы RC-элементов 8-1... 8-5 и поступают на вторые входы элементов И 1-1...1-5, а значит, и на выходах элементов ИЛИ 5-1. ..5-5 будут уровни логического "0". Поэтому поддерживается разряженное состояние конденсатора RC-элементов 7-1...7-5. Такое состояние, когда конденсаторы RC-элементов 7-1...7-5, 8-1...8-5 разряжены, а на выходах элементов ИЛИ 5-1. ..5-5, 6-1...6-5 устанавливаются уровни логического "0", является исходным и сохраняется до появления импульса на входной шине 13 (появление импульса на шине 14 сброса ведет только к изменению уровней сигналов на выходах элемента ИЛИ-НЕ 9 и инвертора 12).

Необходимо отметить, что счетчик после включения питания (при разряженных конденсаторах RC-элементов 7-1...7-5, 8-1... 8-5) сам устанавливается в исходное состояние и не нуждается в начальном сбросе.

В исходное состояние счетчик переводится подачей сигнала с уровнем логической "1" на шину 14 сброса. В течение длительности импульса сброса на выходах элементов ИЛИ-НЕ 9, 10 и на первых входах элементов И 1-1...1-5, 2-1...2-5, 3-1...3-5 устанавливается уровень логического "0", на выходе инвертора 12 и на первых входах элементов И 4-1...4-5 - уровень логической "1". При указанной комбинации сигналов на первых входах элементов И 2-1... 2-5, 4-1...4-5 на выходы элементов ИЛИ 6-1...6-5 поступает информация с конденсаторов RC-элементов 8-1...8-5, хранящих код состояния счетчика, предшествовавшего поступлению импульса сброса, и поддерживает их соответствующее заряженное или разряженное состояние. При наличии уровня логического "0" на первых входах элементов И 1-1...1-5, 3-1...3-5 независимо от уровней сигналов на их вторых входах на выходах элементов ИЛИ 5-1...5-5 присутствуют уровни логического "0". Поэтому те из конденсаторов RC-элементов 7-1.. . 7-5, которые заряжены, через малые выходные сопротивления выходов элементов ИЛИ 5-1...5-5 начинают разряжаться. Постоянная времени RC-элементов 7-1. . .7-5 выбираются таким образом, чтобы в течение длительности импульса на любом из управляющих входов (шине 14 сброса или входной шине 13) конденсаторы успели зарядиться до уровня логической "1" или разрядиться до уровня логического "0".

Таким образом, к концу импульса сброса код нового (исходного нулевого) состояния запоминается на конденсаторах RC-элементов 7-1...7-5, а конденсаторы RC-элементов 8-1...8-5 в это время "хранят" код предыдущего состояния счетчика.

По окончании импульса сброса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 9 и на первых входах элементов И 1-1...1-5, 2-1...2-5 устанавливается уровень логической "1", на выходе элементов ИЛИ-НЕ 10, инвертора 12 и на первых входах элементов И 3-1...3-5, 4-1...4-5 - уровни логического "0". При этом, как указывалось выше, на входы элементов ИЛИ 6-1...6-5 поступает информация с соответствующих конденсаторов RC-элементов 7-1...7-5, а на входы элементов ИЛИ 5-1...5-5 - информация с соответствующих выходов элементов И 1-1...1-5. Так как конденсаторы RC-элементов 7-1...7-5 разряжены, на выходах элементов ИЛИ 6-1. ..6-5 появляются уровни логического "0", начинается разряд тех конденсаторов RC-элементов 8-1...8-5, которые заряжены, чем малые выходные сопротивления выходов элементов ИЛИ 6-1...6-5, т.е. начинается запись кода нового (исходного нулевого) состояния в конденсаторы RC-элементов 8-1... 8-5. Одновременно уровни логического "0" с выходов элементов ИЛИ 6-1...6-5 проходят на соответствующие входы элементов ИЛИ 5-1...5-5 и поддерживают разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 7-1...7-5. Таким образом, по окончании импульса сброса счетчик переключается в исходное нулевое состояние, при этом конденсаторы RC-элементов 7-1... 7-5 "хранят" код нового состояния счетчика, а конденсаторы RC-элементов 8-1...8-5 "записывают" этот код, по окончании процесса перезаряда конденсаторов RC-элементов 8-1...8-5 состояние счетчика не изменяется до появления импульса на одной из управляющих шин.

Рассмотрим работу счетчика в режиме счета.

Счетные импульсы подаются на входную шину 13 в виде импульсного сигнала с уровнем логической "1". Допустим, что до поступления первого счетного импульса счетчик находится в исходном нулевом состоянии, т.е. конденсаторы RC-элементов 7-1... 7-5, 8-1...8-5 разряжены и поддерживаются в этом состоянии. При поступлении первого счетного импульса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 9 и на первых ходах элементов И 1-1...1-5, 2-1...2-5 устанавливается уровень логического "0", на выходе элемента ИЛИ-НЕ 10, инвертора 12 и первых входах элементов И 3-1...3-5, 4-1...4-5 - уровень логической "1". При такой комбинации сигналов на первых входах элементов И 1-1...1-5, 3-1...3-5 и 2-1... 2-5, 4-1...4-5 на выходы элементов ИЛИ 5-1...5-5 и 6-1...6-5 поступает информация с вторых входов элементов И 3-1...3-5 и 4-1...4-5 соответственно. Так как конденсаторы RC-элементов 8-1...8-5, хранящие информацию о предыдущем (исходном нулевом) состоянии счетчика, разряжены, то на выходах элементов ИЛИ 6-1...6-5 присутствую уровни логического "0", которые поддерживают разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 8-1...8-5. Код числа 0-00000 (младший разряд кода здесь и далее в тексте справа), преобразованный с помощью связей и инвеpтора 11 в код числа 1 - 00001, поступает на вторые входы элементов И 3-1...3-5, поэтому на выходах элементов ИЛИ 5-1... 5-5 присутствует код числа 1 (00001), что обеспечивается указанной выше комбинацией сигналов на первых входах элементов И 1-1...1-5, 3-1...3-5. Следовательно, поддерживается разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 7-2. . . 7-5, и начинает заряжаться конденсатор RC-элемента 7-1. Таким образом, к концу первого счетного импульса код нового состояния счетчика, соответствующий коду числа 1 (00001), запоминается на конденсаторах RC-элементов 7-1. . . 7-5, а конденсаторы RC-элементов 8-1...8-5 в это время "хранят" код предыдущего (исходного нулевого) состояния счетчика, т.е. код числа 0 (00000),
По окончании первого счетного импульса на выходе элемента ИЛИ-НЕЕ 9 и на первых входах элементов 1-1...1-5, 2-1...2-5 устанавливается уровень логической "1", на выходе элемента ИЛИ-НЕ 10, инвертора 12 и на первых входах элементов И 3-1...3-5, 4-1...4-5 - уровень логической "1". При такой комбинации сигналов на входы элементов ИЛИ 6-1...6-5, 5-1...5-5 поступает информация с соответствующих конденсаторов RC-элементов 7-1...7-5 и с соответствующих выходов элементов ИЛИ 6-1...6-5 соответственно. Поэтому на выходах элементов ИЛИ 6-1...6-5 появляется код числа 1 (00001), записанный в течение первого счетного импульса на конденсаторах RC-элементов 7-1...7-5. Этот код с вторых входов элементов И 1-1...1-5 поступает на выходы элементов ИЛИ 5-1. . .5-5 и поддерживает запомненный в течение первого счетного импульса на конденсаторах RC-элементов 7-1...7-5 код числа 1 (00001). Кроме того, при появлении кода числа 1 (00001) на выходах элементов ИЛИ 6-1...6-5 после первого счетного импульса начинается заряд конденсатора RC-элемента 8-1 и поддерживается разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 8-1.. . 8-5. Постоянная времени RC-элементов 8-1...8-5 выбирается таким образом, чтобы между счетными импульсами конденсаторы последних успели перезарядиться. Таким образом, после первого счетного импульса счетчик переключается в состояние, соответствующее коду числа 1-00001, при этом как и по окончании импульса сброса, конденсаторы RC-элементов 7-1...7-5 "хранят" код нового состояния счетчика (в рассматриваемом случае это код числа 1), а конденсаторы Rc-элементов 8-1...8-5 "записывают" этот код, по окончании заряда конденсатора RC-элементв 8-1 код нового состояния записан на конденсаторах RC-элементов 7-1...7-5 и 8-1...8-5.

При поступлении очередного (в нашем случае второго) счетного импульса счетчик работает аналогично: в течение длительности второго счетного импульса код числа 1 (00001), соответствующий состоянию счетчика после первого счетного импульса, хранится на конденсаторах RC-элементов 8-1...8-5 и поддерживается через элементы И 4-1...4-5 и элементы ИЛИ 6-1...6-5.

Код числа 2 (00011), полученный после преобразования с помощью связей и инвертора 11 из кода числа 1 (00001), поступающего с выходов элементов ИЛИ 6-1...6-5, через элементы И 3-1...3-5 и элементы ИЛИ 5-1...5-5 поступает на соответствующие RC-элементы 7-1. ..7-5. Следовательно, поддерживается заряженное состояние конденсатора RC-элемента 7-1, разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 7-3...7-5 и начинается заряд конденсатора RC-элемента 7-2, т.е. конденсатоpы RC-элементов 7-1...7-5 "записывают" код нового состояния счетчика - код числа 2(00011).

По окончании второго счетного импульса кода числа 2 (00011) запомненный на конденсаторах RC-элементов 7-1...7-5, через элементы И 2-1...2-5, элементы ИЛИ 6-1...6-5, элементы И 1-1...1-5 и элементы ИЛИ 5-1...5-5 поддерживает сам себя и одновременно через элементы И 2-1...2-5 и элементы ИЛИ 6-1. . .6-5 записывается на конденсаторы RC-элементов 8-1...8-5 (заряжается конденсатор RC-элемента 8-2, поддерживается заряженное состояние конденсатор RC-элемента 8-1 и разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 8-3. ..8-5). По окончании процесса заряда конденсатора RC-элемента 8-2 код нового состояния счетчика (код числа 2-00011) хранится на конденсаторах всех RC-элементов 7-1...7-5, 8-1...8-5, счетчик сохраняет свое состояние до поступления следующего (третьего) счетного импульса.

При поступлении третьего и последующих счетных импульсов счетчик работает аналогично и последовательно принимает свои состояния до кода числа 9 (10000) в соответствии с кодом Джонсона, а после десятого счетного импульса конденсаторы всех RC-элементов 7-1...7-5, 8-1...8-5 оказываются разряженными, т.е. счетчик возвращается в исходное нулевое состояние.

Таким образом, счетчик изменяет свое состояние по срезу импульса на любом из управляющих входов (входной шине 13 или шине 14 сброса) и только в том случае, если длительность импульса оказывается больше некоторого заданного значения и достаточной для "записи" кода нового состояния на конденсаторы RC-элементов 7-1...7-5, т.е. для их перезаряда от уровня логического "0" до уровня логической "1" или наоборот. В противном случае по срезу импульса счетчик не изменяет свое текущее состояние. Поскольку промежуточные состояния счетчика "хранятся" на конденсаторах элементов задержки, т. е. пассивных и инерционных элементах памяти, а счетчик содержит только элементы комбинационной логики, т.е. не имеет в своем составе активных бистабильных функциональных элементов, он устойчив и к внутренним помехам, в том числе и к помехам в шине питания.

При наличии импульса на шине 14 сброса счетчик не реагирует на импульсы на входной шине 13, т.е. шина 14 сброса обладает приоритетом перед входной шиной 13.

Повышение помехоустойчивости достигнуто тем, что обеспечено переключение счетчика в новое состояние по срезу импульса на входной шине или шине сброса и только в том случае, если длительность импульса превышает некоторое пороговое значение (а не импульсом практически любой длительности, как у прототипа), заданное разработчиком, т.е. если импульс не является помехой.

Необходимо отметить, что счетчик имеет одинаковый уровень помехоустойчивости по обоим входам, который может изменяться в широких пределах без нарушения электрических режимов элементов счетчика.

Повышение помехоустойчивости счетчика достигнуто также за счет хранения его текущих состояний на конденсаторах RC-элементов, благодаря чему внутренние помехи по шинам питания и кратковременные сбои в работе полупроводниковых элементов при внешних воздействиях излучений не приводят к потере состояния счетчика.

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - повысить функциональную надежность за счет повышения помехоустойчивости. Кольцевой счетчик содержит элементы И 1-1...1-5,2-1...2-5, 3-1...3-5,4-1...4-5, элементы ИЛИ 5-1...5-5,6-1...6-5, RC-элементы 7-1...7-5, 8-1...8-5, элементы ИЛИ - НЕ 9,10 и инверторы 11,12, входную шину 13. В исходное состояние счетчик переводится подачей сигнала с уровнем логической "1" на шину 14 сброса. Переход в следующее состояние осуществляется подачей импульса на входную шину 13. 1 ил.

КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК, содержащий две группы по n элементов И, две группы по n элементов ИЛИ и входную шину, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной надежности путем повышения помехоустойчивости, в него введены третья и четвертая группы по n элементов И, две группы по n RC-элементов, два элемента ИЛИ - НЕ, два инвертора и шина сброса, первый и второй входы первого элемента ИЛИ - НЕ соединены соответственно с входной шиной и шиной сброса, которая соединена с первым входом второго элемента ИЛИ - НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ - НЕ, с первыми входами элементов И первый и второй групп и через первый инвертор с первыми входами элементов И третьей группы, а выход - с первыми входами элементов И четвертой группы, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ первой группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И первой группы, а выходы через соответствующие RC-элементы первой группы - с вторыми входами соответствующих элементов И второй группы, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ второй группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И третьей группы, а выходы - с вторыми входами соответствующих элементов И первой группы и через соответствующие RC-элементы второй группы с вторыми входами соответствующих элементов И третьей группы, вторые входы с первого по (n - 1)-й элемент И первой группы соединены с вторыми входами соответственно с второго по n-й элемент И четвертой группы, а второй вход n-го элемента И первой группы через второй инвертор соединен с вторым входом первого элемента И четвертой группы.