СЧЕТЧЙК ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1971 года по МПК H03K21/40 H03K23/58 

Данный счётчик может быть использован Нри построении устройств ввода информации В ЭЦВМ повышенной надежности, в цйфроЁых измерительных приборах и т. д.

Известны счетчики импульсов, фиксирующие число приходящих импульсов одновременно в двоичном коде и коде Грея. Счетчики такого типа основаны на циклическом переносе при сложении числа, выраженного в двоичном коде, с единицей. Они содержат два трнггерных регистра, один из которых реализует двоичный код, а другой - код Грея. Первый регистр представляет собой обычный двоичный счетчик, у которого счетный вход триггера каждого последующего разряда связан с нулевым выходом триггера предыдущего разряда. Счетные входы триггеров второго регистра связаны с единичными выходами триггеров одноименных им разрядов первого регистра.

В настоящее время в технике значительное внимание уделяется надежности устройств, применяемых для той или иной цели. Применительно к счетчикам импульсов надел ность состоит в отсутствии сбоев (однократных несрабатываний) триггеров и устранении (исправлении) ошибок в случае сбоя.

В известном счетчике несрабатывание какого-либо триггера (например, п-го) первого регистра приводит к пропуску 2 входных импульсов и, следовательно, вызывает ошибку в счете на столько же единиц, так как следующий импульс запуска поступает на этот триггер именно через 2 импульсов на входе

счетчика, причем эта ошибка имеет место в обоих регистрах. При сбое какого-либо триггера второго регистра, помимо ошибки в показаниях, появляется рассогласование в показаниях первого и второго регистров, что в ряде

случаев недопустимо. При этом во втором регистре нарушается баланс четности, т. е. происходит ложный реверс.

Наиболее часто в известной схеме перебрасывается триггер нулевого разряда первого

регистра, который срабатывает от каждого приходящего на вход счетчика импульса. Поэтому предельная частота следования входных импульсов счетчика не может превышать такой же частоты для этого триггера.

В предлагаемый счетчик для исправления одиночных сбоев триггеров введены второй полусумматор, входы которого соединены с выходами первого полусумматора и второго триггера, и две схемы «И, входы которых

подключены к выходу второго полусумматора и входам логического блока, а выходы соединены со счетными входами триггеров.

Для повышения быстродействия счетчика схемы «И раздельных входов триггера нуленичного разряда первого регистра подключены ко входу счетчика, а .нулевой разряд первого регистра выполиен в виде полусумматора, соединеииого с выходами триггеров.

Для исправления иовторных сбоев на выходе второго полусумматора можио установить, например генератор импульсов ударного возбуждения.

На фиг. 1 изобрал еиа функциональная схема счетчика; ,иа фиг. 2 - упрощенная функциональная схема узла счетчика, иллюстрирующая принцип устранения рассогласований в показаниях триггеров обоих регистров; на фиг. 3 - временная диаграмма работы этого узла; на фиг. 4 - функциональная схема (иолная) узла счетчика, иллюстрирующая иринцип исправления сбоев триггеров; на фиг. 5 - схема варианта построения входных цепей счетчика, обеспечивающая повышение предельной частоты работы по сравнению с прототииом; на фиг. 6 - временная диаграмма работы схемы фиг. 5.

Счетчик содерлсит триггеры /-3 первого (двоичного) регистра, триггеры 4 и 5 второго (рефлексного) регистра, схемы совпадений 6-17 (схемы «И), схемы 18-21, реализующие логическую операцию «Исключенное ИЛИ (полусумматоры), элементы задержки 22 и 23. Триггеры 2 и 4, а также 3 и 5 образуют единый логический блок. Триггеры 1-3 образуют соответственно нулевой, единичный и второй разряды двоичного регистра, а триггеры 3 н 4 - соответствеиио нулевой и единичный разряды рефлексного регистра (схема иа фиг. 1 .может быть иродолжена вираво на любое число разрядов). Вход триггера 1 соединен со входом счетчика. Единичный выход этого триггера через схемы «И 6 и 7 связан соответственно с единичным и иулевым входами триггера 4, а через схему «И 14 - со счетным входом. Нулевой выход триггера / через схемы «И 8 и 9 соединен с единичным и нулевым входами триггера 2, а через схему «И 15 - со счетным входом. Триггеры 2 и 4, образующие единый блок, соединены друг с другом с помощью схем совиадений таким образом, что единичный и нулевой выходы триггера 2 через схемы «И 5 и 7 связаны с нулевым и едииичным входами триггера 4, а единичный и нулевой выходы триггера 4 связаны через схемы «И 5 и 5 с единичным и нулевым входами триггера 2. Единичные выходы триггеров / и 2 связаны со входами схемы «Исключенное ИЛИ 19, а входы второй схемы «Исключенное ИЛИ 18 - с выходами схемы 19 и триггера 4. Выход схемы 18 через элемеит задержки 22 связаи со входами схемы «И 14 и 15. Аналогично построен и второй узел, состоящий из триггеров 3 и 5, схем «И 10-13 и 16, 17, полусумматоров 20 21, а также элемента задержки 23.

Принцип работы счетчика поясняется схемой логического узла (иа примере узла, образованного триггерами 2-0.4.

отсутствуют, в этом случае часть логических схем (элементы 14, 15, 18, 19 и 22) не влияют и а работу счетчика, и схема фиг. 2 иолностью соответствует фиг. 1. Если триггер 1 находится сначала в состоянии «О, это значит, что сигналы на единичном его выходе появятся при иоступлении на его вход нечетных имнульсов (1-го, 3-го, 5-го и т. д.), а иа нулевом выходе - при поступлении иа вход четных импульсов (2-го, 4-го и т. д.).

Нусть оба триггера 2 н 4 находятся в состоянии «О. Это значит, что схемы «И 6 и 9 открыты, а схемы 7 и S закрыты. Пришедшему на вход триггера 1 иервому импульсу 5 соответствует импульс на единичном выходе, который, иоиадая через открытую схему совпадения 6 на единичиый вход триггера 4, иереводит его в состояиие «1. Схема 9 при этом закрывается, а схема 8 открывается.

Второй импульс на входе счетчика вызывает появление сигнала на нулевом выходе триггера. А Этот сигнал, пройдя через открытую теперь схему совиадения 8 на единичный вход триггера 2, иереводит его также в состояние 5 «1. При этом закрывается схема 6 и открывается схема 7.

Третий импульс вызывает появление сигнала иа единичном выходе триггера /. Через схему 7 сигнал переводит триггер 4 в состояние «О. При этом снова закрывается схема 8 и открывается схема 9.

Четвертый импульс вызывает появление сиг.нала на нулевом выходе триггера /. Этот сигнал через вновь открытую схему 9 переводит 5 триггер 2 в состояние «О. Затем цикл иовторяется.

Последовательность состояний, которые иринимают триггеры 1, 2 и 4, можио изобразить

так (табл. 1): 0

Таблица 1

Поскольку триггер двоичного регистра каждого иредыдущего узла является «сигиальным для последующего, состояния всего счетчика можно выразить при помощи

следующей таблицы, иолученной на основе предыдущей.

Как видио из табл. 2, последовательиость состояний триггеров 1, 2, 3 реализует двоичный код, а триггеров 4, 5 ... - код Грея. То причем буквенные индексы означают принадлежность диаграммы в точке схемы фиг. 2, обозначенной той же буквой. Каждый триггер после очередного переброса открывает соответствующий входной .вентиль другого триггера, делая возможным переброс его от следующего импульса. Поэтому, если произошел сбой какого-либо из триггеров блока, т. е. состояние его не изменилось под действием пришедщего на него импульса, это значит, что не откроется вентиль, делающий возможным переброс другого триггера этого же блока. Прищедщий через некоторое время на второй триггер следующий импульс проходит через вентиль, который уже был открыт, и таким образом лищь подтверждает это прежнее состояние триггера. Весь блок, следовательно, останавливается и очередного импульса на несработавший триггер. Поскольку рассматриваемый блок дает сигналы переброса на следующие за ним блоки, это значит, что та часть счетчика, которая следует за данным блоком, также останавливается. Следовательно, не допускается возможность рассогласования в показаниях регистров. Таким образом, счетчик, который построен из блоков, изображенных на фиг. 2, уже люжет иметь самостоятельный интерес, как обладающий по сравнению с ПРОТОТИПОМ указанным выще преимуществом. Однако существенным недостатком такого счетчика, как и прототипа, остается пропуск импульсов при сбоях и, следовательно, ощибки при счете тем большие, чем дальше от входа находится несработавщий триггер. Рассмотрим теперь, как в предложенной схеме устраняется ощибка, вызванная сбоем триггера. Для этого обратимся к полной схеме блока, изображенной на фиг. 4. Покажем, что в такой схеме происходит исправление ощибок, вызванных сбоями как одного, так и другого триггера, входящего в состав этого блока. Известно, что значения цифр для чисел, выраженных в двоичном коде и в коде Грея, связаны следующим соотнощением: Gi Di+Di i,(1) где Сг - значение цифры в i-м разряде коi и DI+I - значения цифр в I-M н t+l-M разрядах двоичного кода; -|знак суммирования по модулю 2. Для удобства записи цифру в данном разряде обозначим той буквой, что и выходы на фиг. 4. Так, цифра, записанная в триггере /, есть Ь, в триггере 2 - е, в триггере 4 - d. Тогда сигнал на выходе ползсумматора 19 может быть выражен через его входные сигналы следующим образом: f b+e be+eb,(2) а сигнал на выходе полусумматора 18: h . Если сбоев в схеме нет, то согласно выражеииям (1) и (2) по окончании переходных процессов имеет место равенство l d, h T-f+ff- 0,(4) т. е. при отсутствии сбоев сигнал на выходе полусумматора 18 всегда равен нулю. Последнее обстоятельство и позволило изобразить в этом случае схему логического узла в виде фиг. 2. Рассмотрим, что происходит при сбое какого-либо одного триггера (триггеры одного узла срабатывают поочередно, и поэтому бессмысленно говорить об одновременном сбое обоих триггеров). 1) Пусть все триггеры узла и входной триггер находятся в состояни «О, т. е. 6 0, d 0. е 0, и, как следует из выражений (2), (3) и (4), /1 0. Пусть теперь триггер 1 перешел в состояние «1, т. е. Ь. При отсутствии сбоев триггер 4 также должен перейти в это состояние, когда b - ,d,e Q.(5) Следовательно, согласно выражению (4), /г 0. Пусть произощел сбой триггера 4, т. е. , 0, е 0. Тогда, согласно выражениям (2) и (3), f be+eb 0.0-bl.l l, /z frf+(Jf 0.0+1.1 1,(6) т. е. на выходе полусумматора 18 появляется напряжение, импульс которого, пройдя элемент задержки 22, попадает на входы схем «И 14 и 15. Поскольку триггер / находится в состоянии «1, открыта только схема «И 14, и импульс, пройдя через нее на счетный вход триггера 4, производит повторный его запуск. Аналогичным образом убедиться, что, когда 6 0, , ,(7) происходят повторный запуск того же триггера и переброс триггера 1, а триггер 4 сбивается. В самом деле, при этом 6 1, d, 1.0+1. h Yd-i-df l.-Q.Q,(8) 18 вновь появляется т. е. на выходе схемы сигнал, который, пройдя через открытую в этом случае схему «И 14, вновь запускает триггер 4. 2) Пусть теперь 6 1, , е 0 и триггер / перебрасывается в состояппе «О, т. е. b меняет свое значение с & 1 на . 5 При этом должен сработать триггер 2. Если произошел сбой, т. е. & 0, , е 0. Следовательно, f: 6e+e& 0.1+0., h fd-}-dl.+(}.Q.(9) Таким образом, на выходе полусумматора 18 вновь появляется сигнал. Поскольку теперь схема «И 14 закрыта, а схема 15 открыта, 15 импульс повториого запуска поступает на триггер 2. Аналогичным образом можно убедиться, что при сбое триггера 2 происходит повторный запуск, если 6 1, , , к b меняет свое состояние от до 6 0, т. е. имеет место соотношение 6 0, 0, . Итак, при сбоях любого триггера данного блока происходит повторный запуск этого триггера с целью исправления сбоя. Необходимо отметить, что запускающий триггер входит в состав предыдущего блока, и при его сбоях 30 ошибки исправляются тем блоком, к которому он принадлежит. Исключеиие представляет лишь первый триггер двоичного регистра, ошибки которого не исправляЕОтся. Одиако при сбоях его теряется лишь один импульс 35 (ошибка на единицу), что в подавляюшем большинстве случаев не имеет значения. На фиг. 5 изображеи вариант построения входных цепей счетчика, иозволяющий новысить предельиую частоту следования входных 40 импульсов. В этом случае вентили раздельных входов триггера нулевого разряда рефлексного регистра и единичного разряда двоичного регистра объединены по своим входам и подключены ко входу счетчика, а нулевой разряд 45 двоичного регистра выполнен в виде схемы «Исключенное ИЛИ 24. При таком включеНИИ триггеры 2 11 4 образуют своеобразиое кольцо, работа которого понятна из временной диаграммы фиг. 6. Отметим только, что, 50 как видно из фиг. 6, импульсы иа каждый вход обоих триггеров подаются два раза подряд (первый производит переброс, а второй подтверждает полученное состояние). Поэтому при сбоях любого из триггеров теряется лишь 55 один импульс, так как в этом случае повторный запуск производится вторым импульсом. Как видно из фиг. 6, из триггеров 2 -к 4 перебрасывается с частотой в два раза меньщей частоты следования входных импуль- 60 сов. Поэтому при одинаковом быстродействии триггеров частота следования входных импульсов данного варианта схемы превышать быстродействие одиночного триггера. 10 20 25 в то время как прототип и основной вариант не имеют такого качества. Нулевой разряд двоичного регистра в этом случае выполняется не в виде триггера, а в виде схемы, реализующей логическую операцию «Исключенное ИЛИ, быстродействие которой может значительно превыщать быстродействие триггеров. Принцин формирования напряжения нулевого разряда понятен из фиг. 6. Необходимо отметить также следующее. Схемы «Исключеиное ИЛИ могут быть реализованы, например в базисе «И, «ИЛИ, «НЕ. При этом для инвертирования нет необходимости ставить специальные инверторы. Противофазное напряжение может быть получено с противоположных плеч триггеров. Поэтому подключение полусумматоров к единичным выходам триггеров следует рассматривать как условное. Как следует из описанного выше, в случае сбоев триггеров происходит однократный повторный запуск. В большинстве случаев этого достаточно, так как вероятность повторного сбоя настолько мала, что ею можно пренебречь. Если же необходимо повысить надежность работы счетчика также за счет снижения вероятности повторного сбоя, то на выходе второго полусумматора данного блока следует включить, например генератор ударного возбуждения, который при появлении сигнального напряжения на выходе этого иолусумматора дает импульсы, периодически повторяющие запуск триггера до тех пор, пока не произойдет исправление сбоя, ,-.,. редмет изо ретения I. Счетчик импульсов с одновременной фиксацией числа приходящих имиульсов в двоичном коде и в коде Грея на двух соответствующих регистрах, выполненный на логических блоках, содержащих два триггера, схемы «И и полусумматор, отличающийся тем, что, с целью исправления одиночных сбоев триггеров, он содержит второй полусумматор, входы которого соединены с выходами первого полусумматора и второго триггера, и две схемы «И, входы которых подключены к выходу второго полусумматора и входам логического блока, а выходы соединены со счетными входами триггеров. 2. Счетчик по и. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, схемы «И раздельных входов триггера нулевого разряда второго регистра и триггера единичного разряда первого регистра подключены ко входу счетчика, а нулевой разряд первого регистра выполнен в виде полусумматора, соедииенного с выходами триггеров. 3. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исправления повторных сбоев, на выходе второго полусумматора установлен, например генератор импульсов ударного возбуждения.

° /

о I

I I I

-I Г