Двоично-десятичный счетчик вКОдЕ 8-4-2-1 Советский патент 1981 года по МПК H03K23/24 

1

Изобретение относится к импудьс- . ной технике и может быть использовано в устройствах деления частоты импульсов на десять и управления ключевыми схемами в условиях высоких уровней наводок, помех и возможных кратковременных изменениях напт ряжения питания.

Известен двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1, содержащий счетные триггеры, триггер с раздельными входами на потенциальных элементах, элементы И, И-НЕ и инвертор, причем счетный вход первого счетного триггера соединен с входной шиной, вход сброса - с шиной начальной установки и с первым входом первого элемента И, прямой выход - с шиной прямого первого разряда, а инверсный выход - с шиной обратного кода первого разряда, счетный вход второго счетного триггера соединен с шиной прямого кода второго разряда, вход сброса объединен с инверсным

входом триггера с раздельными входами и соединен с выходом первого элемента И, прямой выход -с шиной прямого кода третьего разряда, а инверсный выход - с первым входом первого злемейта И-НЕ, с прямым входом триггера с раздельными входами и с шиной обратного кода третьего разряда, выход триггера с раздельными входами соединен со вторым

10 входом первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого объединен со вторым входомо ,5 первого элемента И, а выход - с

шиной прямого кода четвертого разряда и через ин1аертор с шиной обратного кода четвертого разряда 1.

Однако данное устройство может под воздействием наводок, помех и возмож20ных кратковременных изменениях напряжения питания попасть не только в одно из десяти разрешенных состояний, но и в запрещенное состояние 1010,

что говорит о недостаточной надежности работы устройства.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

, Для этого в двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1, содержащий счетные триггеры, триггер с раздельны {и входами на потенциальных элементах, элементы И, И-НЕ и инвертор, причем счетный вход первого счетного триггера соединен с входной шиной, вход сброса - с шиной начальной установки и с первым входом первого элемента И, прямой выход - с шиной прямого кода первого разряда, а инверсный выход - с шиной обратного кода первого разряда, счетный вход второго счетного триггера соединен с шиной прямого кода второго разряда, вход сброса объединен с инверсным входом триггера с раздельными входами и соединен с выходом первого элемента И, прямой выход - с шиной прямого кода третьего разряда, а инверсный выход с первым входом первого элемента Й-НЕ, с прямьм входом триггера с раздельными входами и с шиной обратного кода третьего разряда, выход триггера с раздельными входами соединен со вторым входом первого элемен та И-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого объединен со вторым входом первого элемента И, а выход - с шиной прямого кода четвертого разряда и через инвертор с шиной обратного кода четвертого разряда, введены дополнительные элементы И и дополнительные инверторы, элементы ИЛИ-НЕ и ИЛИ, причем цнверсный выход первого счетного триггера соедииен с первыми входами второго элемента И, первого и второго дополнительных элементов И и элемента ИЛИ, выход первого дополнительного элемента И соединён с первым входом первого элемента ШШ-НЕ, второй вход которого подключен к йыходу второго дополнительного элемента И, выход первого элемента ШШ-НЕ соединен с первым входом третьего дополнительного элемента И и с шиной обратного кода второго разряда, а через первый дополнительный инвертор - с шиной прямого кода второго разряда и с первым входом второго дополнительного элемента И, первый вход второго элемента ИПИ-НЕ подключен к выходу второго

элемента И, второй вход - к вьгходу второго элемента И-НЕ, а выход - ко вторым входам первого, второго и третьего дополнительных элементов И, выход третьего дополнительного элемента И соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключён к выходу четвертого дополнительного элемента И, а выход - ко второму входу второго элемента И и через второй дополнительньй инверторко второму входу четвертого дополнительного элемента И, третий вход котрого соединен с шиной начальной установки, а четвертый вход объединен со вторым входом элемента ИЛИ и подключен к выходу инвертора, при этом выход элемента ИЛИ соединен .со вторы входом первого элемента И.

На чертеже представлена структурная электрическая схема двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1.

Устройство содержит входную шину 1, шину 2 начальной установки, счетные триггеры 3 и 4, триггер 5 с раздельными входами на потенциальных элементах И-НЕ 6 и 7, элементы И 8 и 9, дополнительные элементы И 10-13 элементы И-НЕ 14 и 15, инвертор 16, дополнительные инверторы 17 и 18, элементы ШШ-НЕ 19-21, элемент ИЛИ 2 шины 23-26 прямого кода первого - чевертого разрядов, шины 27-30 обратного кода первого-четвертого разрядов.

Работа двоично-десятичного счетчика в Коде 8-4-2-1 происходит следующим образом.

Пусть перед подачей положительных импульсов на входную шину 1 двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1 произведена начальная установка. Для этого достаточно подать на шину 2 начальной установки сигнал низкого (нулевого) уровня. Он непосредственно подается на вход сброса первого счетного триггера 3 и вызывает появление на его прямом выходе (на шине 23 прямого кода первого разряда) нулевого потенциала, а на инверсном выходе (на шине 27 обратного кода первого разряда) единичного потенциала. На выходе элемента ШШ-НЕ 20 перед подачей сигнала начальной установки может быть как нулевой, так и единичный сигнал. Однако вне зависимости от этого, на выходе дополнительного элемента И 12 формируется нулевой сигнал. Если же

сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 высокий, то единичные уровни напряжения ока ываются приложенньтми к двум входам дополнительного элемента И 10 и на его выходе оказьшается ёдиничный сигнал, который формирует нулевой потенциал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 19, и на выходе дополнительного элемента И 12 оказьгоается нулевой потенциал. Вследствие того, что к одному из входов дополнительного элемента И 13 приложен низкий сигнал с шины 2 начальной установки, на выходе этого элемента формируется низкий потенциал. Таким образом, в обоим входа элемента ИЛИ-НЕ 21 приложены низкие уровни напряжения (с выходов дополнительных элементов И 12 и 13), и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 2 Г устанавливается высокий потенциал, а на выходе дополнительного инвертора 18 низкий. К обоим входам элемента И 9 приложены высокие уровни напряжения, таким образом на выходе элемента И- 9 оказьшается единичный сигнал. Это при водит к формированию на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 низкого потенциала, который устанавливает нулевые сигналы на выходах дополнительных элементов И 10 и 11. С этих выходов сигналы приложены к обоим входам элемента ИЛИ-НЕ 19, и на его выходе (шина 28 обратного кода второго разряда) оказьшается единичньй сигнал, а на выходе инвертора, 17- (шина 24 прямого кода второго разряда) - нулев-ой. Поскольку к одному из входов элемента И 8 приложен нулевой сигнал с шины 2 начальной установки, на выходе элемента И 8 появляется низкий уровень напряжения. Таким образом, к счетному входу и входу сброса счетного, триггера 4 приложены нулевые потенциалы. Это вызьшает сброс в нулевое состояние счетного триггера4, и на его прямом инверсном выходе (шины прямого 25 и обратного 29 кодов третьего разряда) возникают соответственно нулевой и единичный сигналы. Ко входу потенциального элемента И-НЕ 7 триггера 5с раздельными входами приложен нулевой сигнал с выхода элемента И 8. Это вызьшает формирование навыходе потенциального элемента И-НЕ 7 высокого сигнала. В таком случае, к обоим входам потенциального элемента И-НЕ 6 триггера 5 с раздельными входами приложены высокие сигналы, и на выходе триггера 5, являющегося выходом потенциального элемента И-НЕ 6, появляется нулевой сигнал. Он вызьшает формирование высокого уровня напряжения на выходе элемента И-НЕ 14 Поскольку на один из входов элемента ИЛИ 22 поступает высокий потенциал с инверсного выхода триггера 3, на выходе элемента ИЛИ 22 образуется единичный уровень напряжения, и к обоим входам элемента И-НЕ 5 приложены высокие сигналы. Поэтому на выходе элемента И-НЕ 15 (шина 26 прямого кода четвертого разряда счетчика) появляется нулевой потенциал, а на вьосо де инвертора 16 (шина 30 обратного кода четвертого разряда счетчика) формируется единичный сигнал.

После снятия низкого потенциала с шины 2 начальной установки на выходе элемента И 8 появляется высокий потенциал, а все остальные сигналы на выходах элементов не изманяют.ся. Таким образом, после окончания режима начальной установки перед подачей импульсов счета нулевой потенциал оказьшается на всех {оинах 23-26 прямого кода счетчика, а единичный потенциал - на всех шинах 27-30 обратного кода счетчика. Это означает, что счетчик установлен в состояние 0000. После прохЬждения первого импульса (t), подаваемого на входную шину 1, происходит переброс счетного триггера 3 в состояние на его прямом выходе (шина 23 прямого кода первого разряда счетчика) появляется единичный сигнал, а на инверсном выходе (шина 27 обратного кода первого разряда счетчика) - нулевой. После его формирования на одном из входов элемента И 9 оказывается низкий уровень напряжения, и на его выходе формируется нулевой потенциал. После этого нулевые уровни напряжения оказываются приложены к обоим входам элемента ИЛИ-НЕ 20. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 формируется единич« ный уровень напряжения. Так какова входах дополнительных элементов И 10 и 11 присутствуют нулевые сигналы, единичньШ уровень с выхода элемент:а ИЛИ-НЕ 20 не может изменить их выходных сигналов. Одйако на обоих входах дополнительного з лемента И 12 оказывается единичные сигналы. Выходной сигнал этого элемента становится единичным, и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 21 формируется низкий сигнал, который вызьшает возникновение на выходе дополнительного инв тора 18 единичного потенциала. Других изменений сигналов в момент ty не происходит, и в счетчике оказывается состояние 0001, В момент tn окончания второго импульса счета счетный триггер 3 вновь изменяет свое содержимое: он переходит в состояние О, При этом на его прямом выходе формируется нулевой сигнал, а на инверсном выходе - единичный. После этого к обоим входам элемента И 10 оказываются приложенными единичные сигналы, и на его выходе формируется высокий сигнал. Он вызывает формиро вание нулевого потенциала на выходе элемента ИЛИ-НЕ 19, который приводи к возникновению высокого уровня напряжения на выходе инвертора 17. После формирования единичного потен циала на выходе счетного триггера 3 ко всем четырем входам дополнительного элемента И I3 оказываются прил жены высокие уровни напряжения, и н его выходе формируется единичный сигнал, подтверждающий нулевой уровень напряжения на выходе элемента ИПИ-НЕ 21, После формирования йулев го сигнала на выходе элемента ИЛИ-Н 19 (задержка в срабатьшании которог для любых реальных микросхем значительно превосходит задержку в срабат вании элемента И) на выходе дополнительного элемента И I2 появляется низкий сигнал, который, однако, ие может изменить низкого уровня напряжения на выходе элемента ИЛИ-НЕ 21 (поскольку к одному из входо этого элемента приложен ранее сформированный единичный сигнал с выхода дополнительного элемента И 13). После того, как на выходе дополнительного инвертора I7 сформировался единичный сигнал, на- обоих входах дополнительного элемента И 1I оказались высокие потенциалы, и на его выходе формируется единичное напряжение. Все остальные сигналы останутся в мо мент tg неизменными, и двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 окажется в состоянии 0010. После окончания третьего импульса, подаваемого иа входную шину I (t) в счетный триггер 3 записывается единица: появляется высокий сиг нап на его прямом выходе (шина 23 прямого кода первого разряда счетчика) и низкий - на инверсном выходе (шина 27 обратного кода первого разр5ща счетчика). Низкий сигнал с инверсного его выхода подтверждает нулевой уровень на выходе элемента И 9 и устанавливает низкие потенциалы на выходах дополнительных элементов И 10 и 13. После этого на обоих входах элемента ИЛИ-НЕ 21 оказываются низкие сигналы, в результате чего формируется единичный сигнал на его выходе, а на выходе дополнительного инвертора 18 - нулевой уровень . Все остальные сигналы останутся в момент to неизменными., и двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1 окажется в состоянии ООП. После окончания четвертого импульса счета, подаваемого на входную шину 1 (момент t ), в счетный триггер 3 записывается ноль. При этом на его прямом выходе формируется нулевой сигнал, а на инверсном выходе - единичный. При этом на обоих входах элементов И 10 и 9 оказываются высокие уровни напряжения. Единичный сигнал с выхода элемента И 9 формирует на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 низкий уровень напряжения. Он, в свою очередь, подтверждает низкий сигнал на выходе дополнительного элемента И 12 и устанавливает нулевые уровни напряжения на выходах дополнительных элементов И 10 и 11. Таким образом, на обоих входах элемента ИЛИ-НЕ I9 оказываются низкие сигналы. Это вызывает формирование на выходе этого элемента единичного потенциала, а на выходе дополнительного инвертора 17нулевого. Таким образом, на счетном входе счетного триггера 4 проходит задний ФРОНТ входного сигнала . Так как на вход сброса триггера 4 подан единичный сигнал с выхода элемента И 8, то произойдет переключение счетного триггера 4 и на его прямом выходе устанавливается высокий уровень напряжения, а на инверсном выходе - низкий. Этот низкий уровень подтверждает высокий сигнал на выходе элемента И-НЕ 14 и производит переключение триггера 5 так, что на выходе элемента И-НЕ 6 этого триггера 5 образуется единичный сигнал, а на выходе потенциального элемента И-НЕ 7 триггера 5 - нулевой. Других изменений Сигналов в момент ti не происходит, и двоично-десятичньй счетчик в коде 8-4-2-1 оказывается в состоянии 0100 После прохождения четвертого импульса счета состояния выходных сигналов элементов 3, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 18, 19, 20 и 21 (которые только лишь менялись в моменты Ц , t,j полностью повторяют состояния перед подачей первого импульса счета. Не изменились и внешние потенциалы на эту группу элементов. Значит, изменения потенциалов в момент tg окончания пятого импульса счета повторяют изменения в момент t , после шестого импульса t, будут те же изменения, что и в момент t,|, а после седьмого t - те же, что и в момент ,. Таким образом, в момент t5 счетчик перейдет в состояние 0101, в момент t - в состояние 0110, а в момент t-j - в 0111, При этом нулевые потенциалы будут на инверсных выходах счетных триггеров 3 и 4, на выходах элементов И 9, дополнительных элементов 10, 12 и 13 элемента ИЛИ-НЕ 19, дополнительного инвертора 18, элементов И-НЕ 14 и 15, а единичные потенциалы - на прямых выходах счетных триггеров 3 и 4., на выходах элементов ИЛИ-НЕ 20 и 21, элемента И 8, дополнительного элемента И 1I, элемента И-НЕ 14, потенциальных элементов И-НЕ 6 и 7, инвертора 16 и дополнительного инвер тора 17. В момент tft окончания восьмого импульса счета произойдет переброс счетного триггера 3 в нулевое состоя ние. При этом на его прямом выходе формируется нулевой потенциал, а на инверсном - единичный. Он подтвержда ет высокий потенциал на выходе элеме та ИЛИ 22 и приводит к возникновению единичных сигналов на выходах дополнительного элемента И 10 и элемента И 9. Высокий сигнал на выходе элемен та И 9 вызывает формирование низкого уровня напряжения на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20. Этот сигнал подтве яодает нулевой потенциал на вьвсоде дополнительного элемента И 12 и формирует низкие уровни напряжения на выхоДах дополнительных элементов И 10 И 11. После этого на обоих входах элемента ШШ-НЕ 9 оказываются низкие уровни напряжения, и на его выходе появляется единичный сигнал, а на выходе дополнительного инверторд 17 - нулевой. Таким образом, на счетном входе счетного триггера 4 проходит задний фронт входного сигнала. Так как на вход установки этого триггера подан единичный сигнал с выхода элемента И 8, то происходит переключение счетного триггера 4, и на его прямом Ш11ходе устанавливается низкий уровень напряжения а на инверсном выходе - высокий. После этого на обоих входах элемента И-НЕ 14 оказываются высокие потенциалы, и на его выходе образуется нулевой уровень И-НЕ 15, а затем на выходе инвертора 16 образуется низкий потенциал. Других изменений потенциалов на выходах элементов двоично десятичного счетчика в. момент.t не будет, К образуется содержимое 1000. После окончания девятого импульса счета (момент Ц) происходит срабатывание счетного триггера 3: на его прямом выходе формируется единичный потенциал, а на инверсном выходе нулевой. Этот потенциал вызывает формирование низкого сигнала на выходах элементов И 9 и ШШ 22. Сигнал на выходе элемента ИЛИ-НБ 20 остается неизменным, так как на один из его входов приходит высокий сигнал с выхода элемента И-НЕ 15. Низкий сигнап с выхода элемента ИЛИ 22 формирует нулевой уровень напряжеш{я на выходе элемента И 8 и подтверждает едшшч1шй сигнал на выходе элемента И-НЕ 15. Низкий сигнал с выхода элемента И 8 производат переключение триггера 5, и на выходе его первого потенциального элемента И-НЕ 7 возникает высокий сигнал, а на выходе его второго потенциального И-НЕ 6 - низкий. Этот сигнал устанавливает шлсокий потенциал на выходе элемента И-НЕ 14. Других изменений сигналов в мсжент Ц не происходит, и в двоично-десятичном счетчике в коде 8-4-2-1 оказывается содержимое 1001., По окончании десятого импульса счета происходит срабатывание счетного триггера 3 и на его выходе образуется низшей сигнап, на инверсном - высокий. Снгнал С инерсного выхода триггера 3 формирует а выходе элемента ИЛИ 22 единнчный ровень напряжения и устанавливает ысокий уровень на выходе элемента И 9, Этот сигнал подтверждает нулевой потенциал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20. После формирования высокого потенциала на выходе элемента ИЛИ 22 входах элементов И и Й-НЕ 13 оказьшаются едигачные сиг палы . Поэтому на выходе элемента И 8 формируется высокий потенциал, а на выходе элемента 15 - низкий Затем на выходе инвертора 16 образуется единичный сигнал. Других изменений в момент не произойдет, и счетчик оказывается в состоя нии 0000. При этом все выходные сиг налы элементов двоично-десятичного счетчика повторяют соответствзтощие сигналы после начальной установки перед подачей сигналов счета. Таким образом, далее работа двоичнодесятичного счетчика в коде 8-4-2повторяет рассмотренную выше. Как бьшо рассмотрено вьше, двоич но-десятичный счетчик в коде 8-4-2последовательно переходит в состояние от 0000 до 1001 и далее опять в 0000. Покажем, что, кроме этих десяти состояний, схемная реализация счетчика не допускает никаких других состояний. Таких запрещенных состояний имеется шесть: Ш10 1011, 1100, 1101, ПШ и 1111 . Схема счетчика исключает появление состояний 1010, 1011, 1110 и И 11. Единица в четвертом разряде означает, что на выходе элемента И-НЕ 15 существует высокий потенциал, а на выходе инвертора 16 низкий. Сигнал с выхода элемента И-НЕ I5 приводит к формированию низкого потенциала на выходе элемен та ИЛИ-НЕ 20. Этот сигнал, в свою очередь, устанавливает нулевые сигналы на выходах дополнительных элементов И П и 10. Таким образом, на выходе элемента ШШ-НЕ 19 может быть лишь единичный сигнал, а на вы ходе дополнительного инвертора 17нулевой, т.е. во втором разряде сче чика оказывается записанным число Таким образом, одновременное н личие состояния 1 во втором и че вертом разрядах исключено, и запрещенные ситуации 1010, 1011, 1110 и 1 I 1.1 не могут возникнуть. Исключение возможности появления запрещенного состояния 1100 .может быть показано следующим обра,зом. Если в первом разряде присутствует состояние О, то на инверсном выходе счетного триггера 3должен существовать единичный потенциал. Это вызывает появление единичного потенциала на выходе элемента ШШ 22 и дгшее на выходе элемента И 8. Если в третьем разряде присутствует состояние 1, то на инверсном выходе счетного триггера 4должен находиться.нулевой уровень напряжения. Он вызьшает единичное состояние на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14, а также устанавливает в триггере 5 состояние, соответствующее нулевому сигналу на выходе потенциального элемента И-НЕ 7 и единичному сигналу на выходе потенциального элемента И-НЕ 6. На обоих входах элемента И-НЕ 15 присутствуют единичные сигналы, а на его выходе может оказаться только нулевой уровень напряжения, а на выходе инвертора 16 единичный, т.е. в четвертом разряде установлено число О. Таким образом, если в первом разряде записан О, а в третьем 1, то в четвертом разряде схемная реализация двоично-десятичного счетчика в коде 8-4-2-1 допускает лишь состояние О и поэтому запрещенной ситуации 1100 возникнуть не может. Исключение возможности появления запрещенного состояния 1101 может быть показано следуницим образом. При нуле во втором разряде на счетном входе .счетного триггера 4 присутствует низкий потенциал. При единице в первом и четвертом разрядах на обоих входах элемента ИЛИ 22 присутствуют нулевые потенциалы. Поэтому на выходе элемента ИЖ 22 образуется низкий сигнал, который, в свою очередь, вызьшает низкий сигнал на выходе элемента И 8. Он попадает на вход сброса счетного триггера 4, и в нем может оказаться лишь О. Поэтому и состояние 1101 не возникнет. Формула изобретения Двоично-десятичный счетчик в коде 8-4-2-1, содержащий счетные триггеры, триггер с раздельными входами на потенциальных элементах, элементы И, И-НЕ и инвертор, причем счетный вход первого счетного триггера соединен с входной шиной, вход сброса - с шиной

начальной установки и с первым входом первого элемента И, прямой выход - с шиной прямого кода первого разряда, а инверсный выход - с шиной обратного кода первого разряда, счетный вход второго счетного триггера соединен с тиной прямого кода второго разряда, вход сброса объединен с инверсным вхо дом триггера с раздельными входами и соединен с выходом первого злемента И, прямой выход -.с шиной прймого кода третьего разряда, а инверсный выход - с первьм входом первого элемента И-НЕ, с прямю входом триггера с раздельными входами и с шиной o6 ратного кода третьего разряда., выход триггера с раздельными входами соединен со вторым входом первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И-ilE, второй вход которого объединен со вторьм входом первого элемента И, а выход - с шиной прямого кода четвертого разряда и через инвертор с шиной обратного кода четвертого разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, в него введены дополнительные элементы И и дополнительные инверторы, элементы ИЛИ-НЕ и ИЛИ, причем инверсный выход первого счетного триггера соединен с первыми входами второго элемента И, первого и второго дополнительных элементов И и элемента ИЛИ, выход первого дополнительного элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ,

второй вход которого подключен к выходу второго дополнительного элемента И, выход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с первым входом третьего дополнительного элемента И и с шиной обратного кода второго разряда, а через первый дополнительный инвертор с шиной прямого кода второго разряда и с первым входом второго дополнительного элемента И, первый вход второго элемента ИЛИ-ИЕ подключен к выходу второго элемента И второй вход - к выходу второго элемента И-НЕ, а выходко входам первого, второго и третьего дополнительного элементов И, выход третьего дополнительного эле мента И соединен с первьм входом третьего элемента ШШ-НЕ, второй вход которого подключен к выходу четвёртого дополшггельного элемента И, а выход - ко йторому входу второго элемента И и через второй дополнительный инвертор - ко второму входу четвертого дополнительного элемента И, третий вход которого соединен с шиной начальной установки, а четвертый вход объединен со вторым вхо1дом элемента ИЛИ и подключен к выходу инвертора, при этом выход элемента ШШ соединен со вторым входом первого элемента И.

Источники информацтш, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2440515/21, кл. Н 03 К 23/24 1977 (прототип).