Счетчик импульсов Советский патент 1993 года по МПК H03K23/58 

Фиг. 2

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в цифровой технике, в автоматике и в микросхематике.

Цель изобретения - повышение быстродействия, упрощение схемы счетчика и улуч- шение его характеристик, а именно выполнение счетчика полностью в системе прямой логики, когда на его счетный вход подаются прямые импульсы и переключения триггеров происходят по фронтам этих импульсов,

На фиг.1 изображена схема счетчика; на фиг.2 - схема трехразрядного элемента; на фиг.З - временная диаграмма работы счетчика; на фиг.4 - схема D-триггера.

Счетчик импульсов (фиг.1) содержит 1- 3 - трехразрядные элементы; 4 - счетный вход Т счетчика; 5 - вход сброса R счетчика; 6 - вход управления последнего трехразрядного элемента счетчика; 7-15 - выходы Q1-Q9 разрядов счетчика.

Каждый трехразрядный элемент (фиг.2) содержит 16-18 - первый 16, второй 17 и третий 18 триггеры: 19 - элемент ИЛИ; 20 - элемент И; 21 - счетный вход Т; 22 - вход сброса R; 23 - вход управления V; 24-26 - выходы первого 24-Q1, второго 25-Q2 и третьего 26-Q3 разрядов; 27 - выход пере- .носа РТ; 28 - выход управления PV.

Работа счетчика поясняется временной диаграммой на фиг.З, на которой цифрами 29-71 обозначены отдельные импульсы.

Исходное состояние - все триггеры на фиг.2 находятся в состоянии 0, на входе 23 управления V имеется сигнал 1 с выхода PV - второго трехразрядного элемента. На выходе 28 PV имеется сигна л 1. На остальных входах и выходах имеются сигналы 0.

На вход Т подаем импульсы.

Первый импульс 29 переключает триггер 16 в состояние 1, на его выходе 24 формируется фронт импульса 30. Импульс 29 проходит на импульсные выходы QR триггеров 17 и 18 - импульсы 31 и 32: На выходе 28 формируется спад импульса 33. На выхо- .дах 26-24 Q3-Q1 элемента формируется код 001, соответствующий числу 1 в коде Фибоначчи.

Второй импульс 34 переключает триггеры 16 и 17 - импульсы 30 и 35, проходит на импульсные выходы QR первого 16 и третьего 18 триггеров - импульсы 36 и 37. На выходе 28 формируется фронт импульса 38. На выходах Q3-Q1 - код 010, соответствующий числу 2 в коде Фибоначчи.

Третий импульс 39 переключает второй 17 и третий 18 триггеры - импульсы 35 и 40, и приходит на импульсные выходы первого 16 и второго 17 триггеров - импульсы 41 и

42. На выходах Q3 -Q1 формируется код 100,

соответствующий числу 3 в коде Фибоначчи.

Четвертый импульс 43 переключает

только первый триггер 16 - импульс 44, и

проходит на импульсный выход второго триггера 17-импульс45. На выходэхОЗ-QI формируется код 101, соответствующий числу 4 в коде Фибоначчи,

Пятый импульс 46 переключает первый

16 и третий 18 триггеры в состояние 0. Теперь все триггеры первого трехразрядного элемента 1 находятся в состоянии 0. Импульс 46 проходит на импульсные выходы QR всех триггеров трехразрядиого элемен5 та - импульсы 47-49, и через элемент И 20 проходит на выход переноса 27 - импульс 50. На выходе 28 формируется фронт им- пульс.а 51. Импульс 50 с выхода 27 поступает на вход 21 второго трехразрядного элемен0 та и переключает в нем триггер 16 в состояние 1. При этом на выходе 10 счетчика формируется импульс 52, а на выходах 12-7 Q6-Q1 счетчика формируется код 001000, соответствующий числу 5 в коде Фибоначчи.

5 На выходе 28 второго элемента 2 и на входе 23 первого элемента 1 формируется спад импульса 53. При сигнале 0 на входе 23 третий триггер 18 в трехразрядном элементе не может быть переключен подаваемыми

0 на вход 21 импульсами.

Шестой импульс 54 действует так же, как первый импульс 29, на выходе 24 формируется импульс 55. На выходах 12-7 счетчика Q6-Q1 формируется код 001001,

5 соответствующий числу 6 в коде Фибоначчи. Седьмой импульс 56 действует так же, как второй импульс 34, на выходе 25 формируется импульс 57. На выходах 12-7 Q6-Q1 формируется код 001010, соответствующий

0 числу 7 в коде Фибоначчи.

Восьмой импульс 58 переключает второй триггер 17 в состояние 0 - импульс 57, проходит на импульсные выходы QR всех триггеров - импульсы 59-61, и на выход

5 элемента И 20 - импульс 62. Импульс 62 поступает на второй 2 трехразрядный элемент, в котором переключает первый 16 и второй 17 триггеры в состояния 0 и 1 - импульсы 52 и 63. На входе 23 первого трехраз0 рядного элемента 1 формируется фронт импульса 1. На выходах Q6-Q1 формируется код 010000, соответствующий числу 8 в коде Фибоначчи.

Следующие пять импульсов (65-69) дей5 ствуют так же, как первые пять импульсов (29. 34, 39, 43, 46). На выходе 27 первого трехразрядного элемента снова формируется импульс 70 переноса, при этом на выходах 11 и 12 счетчика формируется спад импульса 63 и фронт импульса 71. На выходэх .15-7 Q9-Q1 формируется юод 000100000, соответствующий числу 13 в коде Фибоначчи.

D-триггеры с дополнительным импульсным выходом широко известны (см. например книгу В.В.Климова, Импульсные ключи в цифровых устройствах, 1989). На фиг.4 приведена схема такого триггера. Он содержит RS-триггер 72 и импульсный ключ 73 с запоминанием сигнала управления. D-триг- гер имеет также вход D 74, переключающий (тактируемый) вход 75, прямой 76 и инверсный 77 выходы и импульсный выход 78, К

Технические преимущества предложенного счетчика импульсов в коде Фибоначчи: : ;::

простота схемы, по сравнению с устройством-прототипом отсутствуют элементы НЕ, меньше элементов И, меньше связей между элементами;

улучшение характеристик, а именно предложенное устройство запускается прямыми импульсами и срабатывает по фронтам этих импульсов, в то время как устройство-прототип срабатывает по спадам этих импульсов (что является недостатком, поскольку обе схемы выполнены в системе прямой логики и запускаются прямыми импульсами);

повышение быстродействия, что можно выявить лишь в сопоставлении устройств. Известно, что задержка формирования импульса на выходе триггера относительно переключающего импульса для большинства триггеров равна ТТр 4 Тлэ, где Тлэ - задержка распространения импульса элементом ИЛИ-НЕ или И-НЕ. Известно также, что задержка распространения импульса элементами И и Щ1И равна Ти Тили - 2 Тлэ. По спаду счетного импульса в устройстве- прототипе переключаются триггеры и. следовательно, задержка формирования сигнала на входах элементов И равна А Тяэ. Последовательно соединенные элементы И и ИЛИ вносят задержку распространения импульса тоже равную 4 Тлэ. Общая задержка равна 8 Тлэ. Максимальная частота импульсов, которая может быть подана на счетный вход счетчика, равна 1/8 Тлэ. У

предложенного счетчика задержка распространения импульса через импульсный ключ равна 2 Тлэ и через элемент И - тоже 2 ТЛэ, итого 4 Тлэ. Следовательно, мдксималь5 ная частота, которую можно подать на счетный вход предложенного устройства, равна 1-4 Тлэ, т.е. в два раза больше. Таким образом, предложенное устройство по сравнению с прототипом имеет в два раза

0 большее быстродействие.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

; Счетчик импульсов в коде Фибоначчи,

5 содержащий отдельные трехразрядные элементы, каждый из которых имеет счетный вход и вход управления, выход переноса и выход управления, выходы переноса и управления 1-го трехразрядного элемента под0 ключены соответственно к счетному входу и входу управления соответственно (1+1}-го и (1-1)-го трехразрядного элементов, каждый трехразрядный элемент содержит логические элементы И и ИЛИ и три триггера,

5 инверсный выход первого из которых подключен к выходу управления трехразряднр- го элемента, тактовые входы всех триггеров соединены и подключены к счетному входу трехразрядного элемента, рыход логическо0 то элемента И соединен с выходом переноса трехразрядного элемента, а первый вход логического элемента ИЛИ подключен к выходу второго триггера, отличающийся тем, что, с целью упрощения, D-триггеры

5 выполнены с дополнительными импульсными выходами QR и с расширением по входу D по И, входы D первого триггера подключены к инверсным выходам первого и второго триггеров, входы D второго триггера

0 подключены к выходу первого триггера и к инверсному выходу третьего триггера, входы D третьего триггера подключены к инверсному выходу первого триггера, к выходу управления трехразрядного элемента и к

5 выходу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего триггера, а импульсные выходы QR всех триггеров трехразрядного элемента подключены к входам элемента И.

Фаг/

Использование: изобретение относится к устройствам импульсной техники и может быть использовано в цифровой технике, в автоматике и в микросхемотехнике. Сущность изобретения: счетчик импульсов содержит-трехразрядные элементы, каждый из которых содержит элемент ИЛИ (19), элемент И (20), три триггера (16-18), которые имеют расширение входов D по И. 4 ил.

Фие.з

Фиг. 4