Реверсивное счетное устройство Советский патент 1993 года по МПК H03K23/58 

Изобретение относится к устройствам разностного счета и может быть использовано, например для подсчета разности предметов, движущихся в двух противоположных направлениях.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Дополнительной целью является устранение зависимости быстродействия устройства от числа входящих в его состав разрядов.

На фиг.1 показана структурная схема устройства для случая, когда сигналы межразрядного переноса формируются с инвер- сных выходов триггеров; на фиг.2 - структурная схема устройства для случая, когда сигналы межразрядного переноса формируются с прямых выходов триггеров.

В качестве примера представлено четырехразрядное реверсивное счетное устройство, которое содержит первую 1 и вторую 2 входные шины и счетные разряды 3, которые пронумерованы в порядке возрастания номеров I от младшего к старшему 4-1, 4-2, 4-3, 4-4. В каждом 4-том разряде 4-1 содержится триггер 5-1, элемент И 6-1 и элемент

ИЛИ 7-1. Нумерация входов элементов И - сверху вниз. Нумерация входов элементов ИЛИ - снизу вверх.

В соответствии с формулой изобретения связи между элементами устройства вы- полнены следующим образом. Выход триггера 5-1 каждого разряда (инверсный на фиг. 1 и прямой на фиг.2) соединен с первым входом элемента И б-i, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 7-i, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера 7-0+1) следующего 4-0+1) разряда. Вторые входы элементов И 6-I всех разрядов подключены к первой входной шине устройства 1. Вторые входы элементов ИЛИ 7-i всех разрядов и счетный вход Т- триггера 5-1 первого разряда подключены к второй входной шине устройства 2. В отличие от прототипа, выход элемента И б-i каждого i-ro разряда 4-i соединен с 0+2)-ми входами элементов ИЛИ 7-0+1), 7-0+2), ... всех последующих разрядов 4-0 + 1), 4- 0+2),.... Например, выход элемента И 6-1 первого разряда 4-1 соединен с третьими входами элементов ИЛИ 7-2. 7-3.... второго

ел

00

о ю

о о

и последующих разрядов; выход элемента И 6-2 второго разряда 4-2 соединен с четвертыми входами элементов ИЛИ 7-3, 7-4, ... третьего и последующих разрядов и т.д.

Входные шины 1 и 2 при подсчете предметов могут быть подключены к выходам соответствующих датчиков. Начальное состояние устройства устанавливается подачей импульсного единичного сигнала на вход Уст О перед началом работы. При этом все триггеры 5-I устанавливаются по входу R в нулевое (выключенное) состояние, когда потенциальный единичный сигнал присутствует на инверсном выходе, а потенциальный нулевой - на прямом выходе. Одновременное действие сигналов на шинах 1 и 2 не допускается. Шины 1 и 2 представляют собой шины соответственно частичного 1 и полного 2 обращения.

Устройство работает следующим образом.

Операция полного обращения осуществляется в устройстве по окончании действия единичного сигнала на шине 2 полного обращения. При этом единичный сигнал с шины 2 поступает на счетный Т-вход триггера 5-1 и далее через вторые входы элементов ИЛИ предыдущих разрядов на счетные входы триггеров последующих разрядов (с выхода элемента ИЛИ 7-1 на счетный вход триггера 5-2, с выхода элемента ИЛИ 7-2 на счетный вход триггера 5-3 и т.д.). По окончании действия единичного сигнала на шине 2 триггера 5-1, 5-2, 5-3, ... переключаются в противоположное состояние.

Операция нулевого частичного обращения выполняется только для устройства на фиг. 1. С появлением единичного сигнала на шине 1 частичного обращения, он поступает на вторые входы элементов И всех счетных разрядов. Действие этого сигнала проявляется на выходах элементов И только тех счетных разрядов, триггеры которых хранят нулевое значение. С выхода элемента И самого первого, начиная с младшего, разряда, хранящего нулевое значение; сигнал поступает через элементы ИЛИ на счетные входы триггеров всех последующих разрядов. По окончании действия единичного сигнала на шине 1 частичного обращения эти триггеры переключаются в противоположное состояние.

Операция единичного частичного обращения выполняется только для устройства на фиг.2. С появлением единичного сигнала на шине 1 частичного обращения он поступает на вторые входы элементов И всех счетных разрядов. Действие этого сигнала проявляется на выходах элементов И только тех счетных разрядов, триггеры которых

хранят единичное значение. С выхода элемента И самого первого, начиная с младшего, разряда, хранящего единичное значение, сигнал поступает через элементы

ИЛИ на счетные входы триггеров всех последующих разрядов. По окончании действия единичного сигнала на шине 1 частичного обращения эти триггеры переключаются в противоположное состояние.

Различие в работе счетного устройства при выполнении операций нулевого и единичного частичного обращения обусловлено разнотипностью применяемых для реализации этих операций триггеров. При

5 этом схемотехническое решение одинаково.

Если устройство предусматривает (фиг.1) операции нулевого частичного и полного обращения, то для увеличения модуля

0 хранимого в счетном устройстве результата необходимо подать сигнал вначале на шину

1 частичного, а затем на шину 2 полного обращения; для уменьшения модуля хранимого в счетном устройстве результата необ5 ходимо подать сигнал вначале на шину 2 полного, а затем па шину 1 частичного обращения.

Если устройство предусматривает (фиг,2) операции единичного частичного и

0 полного обращения, то для увеличения модуля хранимого в счетном устройстве результата необходимо подать сигнал вначале на шину 2 полного, а затем на шину 1 частичного обращения, а для уменьшения мо5 дуля хранимого в счетном устройстве результата необходимо подать сигнал вначале на шину 1 частичного, а затем на шину

2 полного обращения.

При этом длительность сигнала должна

0 превышать время его распространения по логическим элементам устройства. Длительность паузы между входными сигналами должна превышать время переключения триггеров и время возвращения логических

5 элементов устройства в исходное состояние.

Так как двойное частичное или двойное полное обращение результата, хранимого в счетных разрядах, не приводит к измене0 нию этого результата, то после поступления двух сигналов на одну из шин 1 или 2 устройства, результат, хранимый в его счетных разрядах, остается прежним.

Перечисленные особенности в работе

5 счетного устройства обусловливают возможность применения его совместно с двумя датчиками без каких-либо промежуточных между датчиками и счетным устройством элементов для подсчета предметов, объектов, частиц, меток, рисок и т.д.

При этом возможен подсчет как их количества, если они движутся относительно датчиков в одном направлении (суммирование, вычитание), так и разности в их количестве, если они движутся относительно датчиков в двух противоположных направлениях. Реализация любого из этих вариантов (суммирование, вычитание, реверсивный счет) однотипна. Достаточно на две соответствующих шины 1 и 2 устройства подать сигналы с выходов двух датчиков. При фиксации объекта (предмета, частицы, метки, риски и т.д.) дважды одним и тем же датчиком (соответствующий объект зашел за зону действия одного датчика, не дошел до зоны действующего датчика и вернулся) результат в предлагаемом счетном устройстве остается неизменным.

Пусть в разрядах содержится исходный результат 0101, содержимое самого младшего разряда указано справа, а самого старшего - слева,

Для увеличения содержимого разрядов (фиг.1) на единицу проводят сначала операцию нулевого частичного обращения исходного результата. Получают в разрядах промежуточный результат 1001. С полученным промежуточным результатом осуществляют операцию полного обращения. Получают в разрядах окончательный результат 0110, на единицу больший исходного. Для уменьшения содержимого разрядов на единицу проводят с исходным результатом 0101 сначала операцию полного обращения. Получают в разрядах промежуточный результат 1010. С полученным промежуточным результатом осуществляют операцию нулевого частичного обращения, Получают в разрядах окончательный результат 0100, на единицу меньший исходного.

Для увеличения содержимого разрядов (фиг.2) на единицу проводят сначала операцию полного обращения исходного результата 0101. Получают в разрядах промежуточный результат 1010, С полученным промежуточным результатом осуществляют операцию единичного частичною обращения. Получают в разрядах окончательный результат 0110, на единицу больший исходного. Для уменьшения содержимого разрядов на единицу проводят с исходным результатом 0101 сначала операцию единичного частичного обращения. Получают в разрядах промежуточный результат 1011. С полученным промежуточным результатом осуществляют операцию полного обращения. Получают в разрядах окончательный результат 0100, на единицу меньший исходного.

При увеличении содержимого 1111 счетных разрядов на единицу окончательным состоянием разрядов является состояние 0000. При уменьшении содержимого 0000 разрядов на единицу окончательным состоянием является состояние 1111.

Технико-экономическая эффективность

от использования изобретения заключается

в повышении быстродействия устройства и

устранении зависимости быстродействия от

числа разрядов.

Быстродействие устройства (как предлагаемого, так и выбранного в качестве прототипа) можно оценить минимальным временем между следующими друг за другом входными сигналами Тмин. Если быстродействие элементов И, ИЛИ, триггеров принять примерно одинаковым и обозначить т, то для предлагаемого устройства

Тмин 6Г.

так как в соответствии с описанием работы устройства длительность входного импульсного сигнала должна превышать 3 г, и длительность паузы также должна превышать

3 г(для наихудшего случая, когда сигнал поступает с входной шины 1). Кроме того, для предлагаемого устройства Тмин, не зависит от числа разрядов преобразователя.

Исходя из описания работы прототипа

Тмин. (2 г 4-2т) -п, где п - число разрядов устройства прототипа (для наихудшего случая, когда сигнал поступает с входной шины 8 и проходит через элементы ИЛИ всех разрядов, переключая триггеры всех разрядов.

Быстродействие прототипа, таким образом, тем ниже, чем больше он содержит разрядов.

Выигрыш в быстродействии может быть

2

оценен числом - п, которое показывает, во

О

сколько раз частота входных импульсов предлагаемого устройства может быть выше частоты входных импульсов прототипа

(при условии, что предлагаемое устройство и прототип реализованы на одной и той же элементной базе и имеют одинаковое число разрядов). Выигрыш наблюдается при числе разрядов два и более.

Производными от повышения быстродействия являются такие технико-экономические показатели, как расширение области применения и повышение производительности систем, в состав которых входит предлагаемое устройство.

Описание составлено исходя из условия, что выходные сигналы снимаются с прямых выходов триггеров.

Формула изобретения

Реверсивное счетное устройство, содержащее в каждом разряде элемент И, элемент ИЛИ и триггер, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом триггера следующего разряда, вторые входы элементов И всех разрядов подключены к первой входной шине

устройства, второй вход элемента ИЛИ и счетный вход триггера первого разряда соединены с второй входной шиной устройства, отличающееся тем, что, с целью

повышения быстродействия, вторые входы элементов ИЛИ второго и всех последующих разрядов подключены к второй входной шине устройства, выход элемента И каждого i-ro разряда соединен с (+2)-ми входами

элементов ИЛИ всех последующих разря- . дов.

Јч/. 2

Изобретение относится к устройствам для разностного счета и может быть использовано, например, для подсчета разности предметов, перемещающихся в противоположных направлениях. Устройство содержит входные шины 1 и 2 и п счетных разрядов (4-1,4-2, 4-3,...), Каждый 1-й разряд содержит триггер, элемент И и элемент ИЛИ. 2 ил.