RU2022463C1 - Кольцевой счетчик - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых устройствах, работающих в условиях воздействия помех, а также в устройствах, в которых не допускается потеря информации при перерывах питания. Сущность изобретения: кольцевой счетчик содержит первый и второй двухканальные мультиплексоры, четыре RC-элемента первой и второй групп, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ, первый и второй инверторы, четыре элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четыре инвертора, четыре дросселя, четыре резистора первой и второй групп. 4 ил.

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых устройствах, работающих в условиях воздействия помех, а также в устройствах, в которых не допускается потеря информации при перерывах питания.

Известен кольцевой счетчик [1], содержащий входную шину и n-разрядный кольцевой регистр сдвига на D-триггерах, каждый разряд которого содержит два элемента И и два элемента ИЛИ. Входная шина соединена с тактовыми входами D-триггеров разрядов кольцевого регистра сдвига, инверсный и прямой выходы каждого разряда которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И. Входы установки в ноль и единицу каждого разряда кольцевого регистра сдвига соединены соответственно с выходами первого и второго элементов ИЛИ. В каждом разряде кольцевого регистра сдвига, кроме первого, вторые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами предыдущего разряда кольцевого регистра сдвига, прямой и инверсный выходы последнего разряда которого соединены соответственно с вторыми входами второго и первого элементов И первого разряда кольцевого регистра сдвига, в каждом разряде которого, кроме первого и последнего, входы первого элемента ИЛИ соединены с выходами первых элементов И всех предыдущих и с выходами вторых элементов И всех последующих разрядов кольцевого регистра сдвига. Входы первых элементов ИЛИ первого и последнего разрядов кольцевого регистра сдвига соединены соответственно с выходами вторых элементов И всех, кроме первого, и с выходами первых элементов И всех, кроме последнего, разрядов кольцевого регистра сдвига, входы вторых элементов ИЛИ первого и последнего разрядов которого соединены соответственно с выходами первых элементов И всех, кроме первого, и с выходами вторых элементов И всех, кроме последнего, разрядов кольцевого регистра сдвига. В каждом разряде кольцевого регистра сдвига, кроме первого и последнего, входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами первых элементов И всех последующих разрядов кольцевого регистра сдвига и с выходами вторых элементов И всех предыдущих разрядов кольцевого регистра сдвига.

Недостатками известного счетчика являются относительно низкая функциональная надежность, обусловленная возможностью сбоев счетчика в процессе работы от помех; несмотря на принятые в счетчике меры, уменьшающие возможность его сбоев и исключающие попадание его при воздействии помех в нерабочие состояния, счетчик при воздействии даже короткой помехи переключается в следующее рабочее состояние, что приводит к искажению результата счета с последующими пoследствиями; ограниченность функциональных возможностей, обусловленная тем, что при перерывах питания счетчик теряет свое состояние (информацию) и не обладает способностью восстанавливать его после возобновления питания, чт ограничивает область его применения.

Известен кольцевой счетчик [2], являющийся прототипом и содержащий четыре группы по n элементов И, две группы по n элементов ИЛИ, две группы по n RC-элементов, два элемента ИЛИ-НЕ, два инвертора, входную шину и шину 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 первой 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.

Недостатком прототипа является ограниченность его функциональных возможностей, обусловленная тем, что при перерывах питания счетчик теряет свое состояние (информацию) и не обладает способностью восстанавливать его после возобновления питания, что ограничивает область его применения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей кольцевого счетчика за счет обеспечения возможности восстановления состояния после перерывов питания.

Цель достигается тем, что в кольцевой счетчик, содержащий четыре группы по n элементов И, две группы по n элементов ИЛИ, две группы по n RC-элементов, два элемента ИЛИ-НЕ, два инвертора, входную шину и шину 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 первой и второй групп и через первый инвертор - с первыми входами элеметов 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 элеметов 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, введены n элементов памяти на дросселе каждый, n элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группа из n инверторов, две группы по n резисторов, шина опроса и шина управления, а в каждый RC-элемент первой группы и в первый и второй элементы ИЛИ-НЕ введен дополнительный вход, причем первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с входами соответствующих RC-элементов первой группы и через соответствующие резисторы первой группы - с информационными входами соответствующих инверторов группы и с первыми выводами соответствующих дросселей, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых соединены с шиной управления, входы выборки инверторов группы объединены и подключены к шине опроса и к дополнительным входам первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, а выходы через соответствующие резисторы второй группы соединены с дополнительными входами соответствующих RC-элементов первой группы.

Указанная совокупность признаков обеспечивает технический результат - расширяет функциональные возможности кольцевого счетчика за счет обеспечения возможности восстановления его состояния после перерывов питания, что способствует расширению области его применения.

На фиг.1 приведена функциональная схема четырехразрядного варианта заявляемого кольцевого счетчика; на фиг.2 - функциональная схема мультиплексоров; на фиг. 3, 4 - принципиальные схемы RC-элементов первой и второй групп соответственно.

Кольцевой счетчик содержит первый 1 и второй 2 двухканальные четырехразрядные мультиплексоры, RC-элементы 3...6 первой группы, RC-элементы 7... 10 второй группы, первый 11 и второй 12 элементы ИЛИ-НЕ, первый 13 и второй 14 инверторы, элементы 15...18 ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ, группу инверторов 19...22, дроссели 23. ..26, резисторы 27...30 первой и 31...34 второй групп. Первый вход элeмента ИЛИ-НЕ 11 соединен с входной шиной 35, второй вход - с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 12 и с шиной 36 сброса. Второй вход элемента ИЛИ-НЕ 12 соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 1, с первыми управляющими входами мультиплексоров 1, 2 и через инвертор 13 - с вторым управляющим входом мультиплексора 2, а выход - с вторым управляющим входом мультиплексора 1. Первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15...18 соединены с входами соответствующих RC-элементов 3...6, с соответствующими выходами мультиплексора 1 и через соответствующие резисторы 27...30 - с первыми выводами соответствующих дросселей 23. . .26 и с информационными входами соответствующих инверторов 19...22. Входы выборки инверторов 19...22 объединены и соединены с шиной 37 опроса и с дополнительными входами элементов ИЛИ-НЕ 11, 12, а выходы инверторов 19. ..22 через соответствующие резисторы 31...34 - с дополнительными входами соответствующих RC-элементов 3...6. Вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15...18 объединены и подключены к шине 38 управления, а их выходы соединены с вторыми выводами дросселей 23...26 соответственно. Выходы RC-элементов 3. ..6 соединены с соответствующими входами первого канала мультиплексора 2. Выходы мультиплексора 2 соединены с соответствующими входами первого канала мультиплексора 1 и через соответствующие RC-элементы 7...10 - с соответствующими входами своего второго канала. Первый вход второго канала мультиплексора 1 соединен с выходом инвертора 14, вход которого соединен с четвертым выходом мультиплексора 2. Второй, третий и четвертый входы второго канала мультиплексора 1 подключены к первому, второму и третьему выходам мультиплексора 2 соответственно.

Мультиплексоры 1 и 2 реализованы на серийно выпускаемых микросхемах, выполненных по схеме, приведенной на фиг.2, то есть на двух группах элементов И (39...42, 43...46) и группе элементов ИЛИ (47...50). Мультиплексор 1 включает в себя первую, четвертую группы элементов И, первую группу элементов ИЛИ и их взаимные связи, мультиплексор 2 включает в себя вторую, третью группы элементов И, вторую группу элементов ИЛИ и их взаимные связи.

Каждый из RC-элементов 3...6 выполнен по схеме фиг.3 на двух резисторах (51, 52) и конденсаторе 53. При этом постоянная времени RC-цепи, состоящей из резистора 51 (один из выводов которого соединен с входом RC-элемента) и конденсатора 53 (один из выводов которого соединен с дополнительным входом RC-элемента), выбирается, исходя из требуемого уровня помехозащиты устройства. Постоянная времени RC-цепей, состоящих из резисторов 31...34 и конденсаторов, входящих в состав RC-элементов 3...6 соответственно, выбирается с таким расчетом, чтобы конденсаторы RC-элементов 3...6 успели перезарядиться за время перемагничивания сердечников дросселей 23...26 соответственно.

Каждый из RC-элементов 7...10 выполнен по схеме фиг.4 на двух резисторах (54, 55) и конденсаторе 56. Постоянная времени RC-цепи, состоящей из резистора 54 и конденсатора 56, выбирается, исходя из требуемого уровня помехозащиты устройства.

Наличие резисторов на выходах RC-элементов 3...6 (фиг.3, резистор 52) и 7...10 (фиг.4, резистор 55) не является обязательным, они необходимы лишь в частных случаях, например, для защиты входов отдельных серий микросхем (например, серии 564) от перегрузок по току при выключении питания и при больших значениях емкостей на входах этих микросхем.

Дроссели 23. . .26 реализованы на кольцевых сердечниках из материала с прямоугольной петлей гистерезиса.

Инверторы 19...22 имеют три состояния на выходе.

Количество разрядов в предлагаемом счетчике может быть больше или меньше четырех, то есть больше или меньше, чем указано на фиг.1. При этом количество разрядов мультиплексоров 1, 2 и количество RC-элементов 3...6, 7. . . 10, элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15...18, инверторов 19...22, дросселей 23. ..26, резисторов 27...30, 31...34 должно быть равно количеству разрядов счетчика, а связи между ними аналогичны указанным на фиг.1. Вход инвертора 14 должен соединяться с выходом старшего разряда мультиплексора 2.

Работает кольцевой счетчик следующим образом. После включения питания счетчика при отсутствии управляющих сигналов, то есть когда на шинах 35 входной, 36 сброса, 37 опроса и 38 управления присутствуют уровни логического "0" (здесь и далее в тексте уровни сигналов соответствуют счетчику, реализованному на базе микросхем с положительной логикой работы), конденсаторы RC-элементов 3...6, 7...10 разряжены, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 и на первых управляющих входах мультиплексоров 1 и 2 - уровень логической "1", а на выходах элемента ИЛИ-НЕ 12, инвертора 13 и на вторых управляющих входах мультиплексоров 1, 2 - уровень логического "0". При такой комбинации сигналов на управляющих входах мультиплексоров 1 и 2 на их выходы поступает информация с соответствующих входов первого канала (точнее - в мультиплексорах 1 и 2 активно формируются уровни выходных сигналов, повторяющие уровни сигналов на входах, в данном случае - первого канала).

Следовательно, на выходах млуьтиплексоров 1 и 2 присутствуют уровни логического "0", так как конденсаторы RC-элементов 3...6 разряжены. На выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15...18 - уровни логического "0", токи через дроссели 23...26 не протекают. На выходах инветоров 19...22 - третье состояние, поэтому они не влияют на состояние конденсаторов RC-элементов 3...6. Уровни логического "0" на выходах мультиплексоров 1 и 2 поддерживают разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 3...6 и 7...10 соответственно.

Указанное состояние счетчика является исходным и сохраняется до изменения режима его работы путем подачи соответствующих управляющих сигналов.

Счетчик после включения питания при разряженных конденсаторах RC-элементов 3...6 сам устанавливается в исходное состояние и не нуждается в начальном сбросе.

В исходное состояние счетчик переводится подачей импульсного сигнала с уровнем логической "1" на шину 36 сброса. В течение длительности импульса сброса на выходах элементов ИЛИ-НЕ 11, 12, на первом и втором управляющих входах мультиплексора 1 и на первом управляющем входе мультиплексора 2 - уровень логического "0", а на выходе инвертора 13 и на втором управляющем входе мультиплексора 2 - уровень логической "1". При наличии уровня логического "0" на обоих управляющих входах мультиплексора 1 на его выходах будут присутствовать уровни логического "0". Поэтому те из конденсаторов RC-элементов 3...6, которые были заряжены, начнут разряжаться через выходы мультиплексора 1, то есть в них будет записываться код нового (исходного нулевого) состояния счетчика. При рассмотрении данного и других режимов работы счетчика, когда отсутствуют управляющие сигналы на шинах 37 опроса и 38 управления, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15...18, инверторы 19...22, дроссели 23. ..26 и резисторы 27...34 на работу счетчика не влияют.

При указанной комбинации сигналов на управляющих входах мультиплексора 2 на его выходы проходит информация с конденсаторов соответствующих RC-элементов 7...10, хранящих код состояния счетчика, предшествовавшего поступлению импульса сброса, и поддерживает их соответствующее заряженное или разряженное состояние.

Таким образом, к концу импульса сброса код нового (исходного нулевого) состояния счетчика запоминается на конденсаторах RC-элементов 3. . 6 (длительность импульса сброса должна быть достаточной для разряда конденсаторов RC-элементов 3...6), а конденсаторы RC-элементов 7...10 в это время хранят код предыдущего состояния счетчика.

По окончании импульса сброса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 и на первых управляющих входах мультиплексоров 1,2 - уровни логической "1", на выходах элемента ИЛИ-НЕ 12, инвертора 13 и на вторых управляющих входах мультиплексоров 1, 2 - уровни логического "0". Так как конденсаторы RC-элементов 3. . .6 разряжены, то на всех выходах мультиплексоров 1 и 2 - уровень логического "0". При этом мультиплексор 1 поддерживает разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 3...6, а через выходы мультиплексора 2 начнется разряд тех конденсаторов RC-элементов 7...10, которые были заряжены, то есть начнется запись нового (исходного нулевого) состояния в конденсаторы RC-элементов 7. . .10. Таким образом, по окончании импульса сброса счетчик переключается в исходное нулевое состояние, при этом конденсаторы RC-элементов 3. . . 6 хранят код нового состояния счетчика, а конденсаторы RC-элементов 7...10 записывают этот код. По окончании процесса перезаряда конденсаторов RC-элементов 7...10 состояние счетчика не изменяется до появления импульса на одной из управляющих шин.

Рассмотрим работу счетчика в режиме счета.

Счетные импульсы подаются на входную шину 35 в виде импульсных сигналов с уровнем логической "1". Допустим, что до поступления первого счетного импульса счетчик находится в исходном нулевом состоянии, то есть конденсаторы RC-элементов 3...6, 7...10 разряжены и поддерживаются в этом состоянии. При поступлении первого счетного импульса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 и на первых управляющих входах мультиплексоров 1, 2 - уровень логического "0", на выходах элемента ИЛИ-НЕ 12, инвертора 13 и на вторых управляющих входах мультиплексоров 1, 2 - уровень логической "1". При такой комбинации сигналов на управляющих входах мультиплексоров 1 и 2 на их выходы поступает информация с соответствующих входов их вторых каналов. Так как конденсаторы RC-элементов 7...10 разряжены, то на выходах мультипелксора 2 - уровни логического "0", поддерживающие разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 7...10.

Код числа 1 - 0001 (младший разряд кода здесь и далее в тексте - справа), полученный путем пребразования кода числа 0(0000) с помощью связей и инвертора 14, поступает с входов второго канала мультиплексора 1 на его соответствующие выходы. Следовательно, поддерживается разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 4...6, и начинается заряд конденсатора RC-элемента 3. Таким образом, к концу первого счетного импульса код нового состояния счетчика, соответствующий коду числа 1(0001), запоминается на конденсаторах RC-элементов 3...6 (длительность счетного импульса должна быть достаточной для заряда или разряда конденсаторов RC-элементов 3...6), а конденсаторы RC-элементов 7. . . 10 в это время хранят код предыдущего (исходного нулевого) состояния счетчика, то есть код числа 0(0000).

После окончания первого счетного импульса на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 и на первых управляющих входах мультиплексоров 1, 2 устанавливается уровень логической "1", на выходах элемента ИЛИ-НЕ 12, инвертора 13 и на вторых управляющих входах мультиплексоров 1, 2 - уровень логического "0". При этом на выходы мультиплексоров 2 и 1 поступает информация с выходов соответствующих RC-элементов 3...6 и с соответствующих выходов мультиплексора 2 соответственно. Поэтому на выходах мультиплексора 2 появляется код числа 1(0001), записанный в течение первого счетного импульса на конденсаторах RC-элементов 3. . . 6. Этот код появляется и на выходах мультиплексора 1 и поддерживает запомненный в течение первого счетного импульса код числа 1(0001) на конденсаторах RC-элементов 3...6. Кроме того, при появлении кода числа 1(0001) на выходах мультиплексора 2 после первого счетного импульса начинается заряд конденсатора RC-элемента 7 и поддерживается разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 8...10. Постоянная времени RC-элементов 7. ..10 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(0001), при этом, как и по окончании импульса сброса, конденсаторы RC-элементов 3. . .6 хранят код нового состояния счетчика (в рассматриевом случае это код числа 1), а конденсаторы RC-элементов 7...10 записывают этот код, по окончании заряда конденсатора RC-элемента 7 код нового состояния будет записан и на конденсаторах RC-элементов 7...10.

При поступлении очередного (в нашем случае - второго) счетного импульса счетчик работает аналогично: в течение длительности второго счетного импульса код числа 1(0001), соответствующий состоянию счетчика после первого счетного импульса, хранится на конденсаторах RC-элементов 7...10 и поддерживается через мультиплексор 2. Код числа 2(0011), полученный после преобразования с помощью связей и инвертора 14 из кода числа 1(0001), поступающего с выходов мультиплексора 2, через мультиплексор 1 поступает на соответствующие RC-элементы 3...6. Следовательно, поддерживается заряженное состояние конденсатора RC-элемента 3, разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 5, 6 и начинается заряд конденсатора RC-элемента 4, то есть конденсаторы RC-элементов 3...6 записывают код нового состояния счетчика - код числа 2(0011).

По окончании второго счетного импульса код числа 2(0011), запомненный на конденсаторах RC-элементов 3. ..6 через мультиплексоры 2 и 1 сам себя поддерживает и одновременно через мультиплексор 2 записывается на конденсаторы RC-элементов 7...10 (заряжается конденсатор RC-элемента 8, поддерживается заряженное состояние конденсатора RC-элемента 7 и разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 9, 10). По окончании заряда конденсатора RC-элемента 8 код нового состояния счетчика (код числа 2 - 0011) хранится на конденсаторах всех RC-элементов 3...6, 7...10, 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 7(1000) в соответствии с кодом Либау-Крейга, а после восьмого счетного импульса конденсаторы всех RC-элементов 3...6, 7...10 оказываются разряженными, то есть счетчик возвращается в исходное нулевое состояние.

Запись информации о состоянии счетчика в сердечники дросселей 23...26 производится подачей импульсного сигнала с уровнем логической "1" по шине 38 управления. Допустим, что в счетчике хранится код числа 2(0011), тогда в течение длительности импульса управления элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15...18 будут работать в режиме инвертирования информации, поступающей на их первые входы с соответствующих выходов мультиплексора 1. Поэтому на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, 16 установится уровень логического "0", а на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17, 18 - уровень логической "1". По цепям выходы первого и второго разрядов мультиплексора 1 - резисторы 27 и 28 - дроссели 23 и 24 - выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и 16 протекают токи, обеспечивающие перемагничивание сердечников дросселей 23 и 24 и запись в них логической "1", а по цепям выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 и 18 - дроссели 25 и 26 - резисторы 29 и 30 - выходы третьего и четвертого разрядов мультиплексора 1 протекают токи, обеспечивающие перемагничивание сердечников дросселей 25, 26 и запись в них логического "0". При этом направление токов через дроссели 23, 24 и 25, 26 противоположное. Состояние остальных элементов счетчика в рассматриваемом режиме работы не изменяется, так как на выходах инверторов 19...22 - третье состояние. Аналогично производится запись информации в сердечники дросселей 23...26 о любом из семи других возможных состояний счетчика.

Длительность сигнала на шине 38 управления в режиме записи информации должна быть такой, чтобы к моменту поступления среза этого сигнала успели перемагнититься сердечники дросселей 23...26, то есть его длительность должна быть не менее времени перемагничивания сердечников дросселей 23...26. Подаваться сигнал на шину 36 управления может в любой момент времени (как в течение длительности счетного импульса, так и после его окончания).

Восстановление состояния счетчика после перерыва питания производится подачей импульсных сигналов с уровнем логической "1" по шине 38 управления, а затем, с некоторой задержкой, - по шине 37 опроса. Допустим, что в сердечники дросселей 23 - 26 перед выключением питания были записаны логические "0" и "1" соответственно, то есть состояние счетчика соответствовало коду числа 6(1100). Состояние счетчика после включения питания при отсутствии управляющих сигналов было рассмотрено выше, здесь уточним, что при этом конденсаторы RC-элементов 3...6, 7...10 разряжены, а на выходах мультиплексоров 1, 2 - уровни логического "0". Тогда при подаче импульсного сигнала на шину 38 управления на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15...18 появятся уровни логической "1", а через дроссели 23...26 потечет ток записи в их сердечники "0". При этом на информационных входах инверторов 19, 20 из-за непрямоугольности петли гистерезиса сердечников дросселей 23, 24 сохранится в течение некоторого времени уровень логического "0" (помеха), а затем появится уровень логической "1", который сохранится до среза сигнала на шине 38 управления, а на информационных входах инвертров 21, 22 сразу установится и сохранится уровень логического "0", так как токи, протекающие через дроссели 25, 26, будут перемагничивать их сердечники в противоположное состояние. Через время, равное длительности указанной выше помехи, то есть при появлении уровня логической "1" на информационных входах инверторов 19, 20, на шину 37 опроса подается импульсный сигнал, в течение которого на выходах элементов ИЛИ-НЕ 11, 12, первом управляющем входе мультиплексора 2, первом и втором управляющих входах мультиплексора 1 присутствует уровень логического "0", а на выходе инвертора 13 и втором управляющем входе мультиплексора 2 - уровень логического "0". При этом на выходах мультиплексора 1 присутствуют уровни логического "0", на выходы мультиплексора 2 проходит информация о разряженных конденсаторов RC-элементов 7...10, чем поддерживается их разряженное состояние. Кроме того, в течение длительности импульсного сигнала на шине 37 опроса на выходах инверторов 19, 20 - уровень логического "0", а на выходах инверторов 21, 22 - уровень логической "1", поэтому через резисторы 31, 32 будет поддерживаться разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 3, 4, а через резисторы 33, 34 будут заряжаться конденсаторы RC-элементов 5, 6. Для обеспечения возможности заряда конденсаторов RC-элементов 3. . .6 при наличии уровня логической "1" на выходах инверторов 19. . .22 сопротивление входных резисторов (см. фиг.3, резистор 51) RC-элементов 3. ..6 должно быть много больше сопротивления резисторов 31. . .34, а длительность импульсного сигнала на шине 37 опроса должна быть достаточной для перезаряда конденсаторов RC-элементов 3...6 через резисторы 31...34 соответственно. Кроме того, должно выполняться условие
t_оп < t_пер - t_зад, где t_оп - длительность импульсного сигнала на шине 37 опроса;
t_пер - время перемагничивания сердечников дросселей 23...26 из состояния "1" в состояние "0";
t_зад - время задержки между фронтами импульсных сигналов на шинах 38 управления и 37 опроса, равное длительности сигнала помехи, появляющейся на информационных входах инверторов 19...22 при протекании через дроссели 23.. .26 соответственно тока записи в их сердечники "0", если до этого в них был записан "0".

Таким образом, к концу импульса на шине 37 опроса конденсаторы RC-элементов 3, 4 разряжены, а конденсаторы RC-элементов 5, 6 заряжены, то есть информация из сердечников дросселей 23...26 переписывается в конденсаторы RC-элементов 3. ..6. После окончания импульса на шине 37 опроса на выходах элементов ИЛИ-НЕ 11 и 12, на первых и вторых управляющих входах мультиплексоров 1, 2 - уровни логической "1" и логического "0" соответственно, на выходах инверторов 19...22 - третье состояние. При этом на выходы мультиплексоров 1, 2 проходит информация с их соответствующих входов первого канала, то есть на выходы мультиплексора 2 с конденсаторов RC-элементов 3...6 проходит код числа 6(1100), записанный в сердечники дросселей 23...26 перед перерывом питания. Этот же код появится и на выходах мультиплексора 1, поддерживая разряженное состояние конденсаторов RC-элементов 3, 4 и заряженное состояние конденсаторов RC-элементов 5, 6. Одновременно начинается заряд конденсаторов RC-элементов 9, 10, то есть запись в конденсаторы RC-элементов 7...10 кода числа 6(1100). Если не требуется восстановить информацию, хранившуюся в сердечниках дросселей 23...26 перед началом процесса восстановления состояния счетчика после перерыва питания (что наиболее вероятно), то срез импульса на шине 38 управления может совпадать со срезом импульса на шине 37 опроса, при этом протекание тока через дроссели 23...26 прекратится. В противном случае срез импульса на шине 38 управления должен быть задержан относительно среза импульса на шине 37 опроса на время, определяемое из выражения
t₁ ≥ t_оп + t_зад, где t₁ - время задержки среза импульса на шине 38 управления относительно среза импульса на шине 37 опроса.

После окончания импульса на шине 37 опроса направление тока через дроссели 23, 24 не изменится, и в их сердечники будет продолжаться запись "0", а через дроссели 25, 26 направление тока изменится на противоположное и в их сердечники начнется запись логической "1". Появляющиеся при этом уровни сигналов на информационных входах инверторов 19...22 на состояние счетчика не влияют, так как на их выходах - третье состояние.

После окончания импульса на шине 38 управления и окончания заряда конденсаторов RC-элементов 9, 10 процесс восстановления состояния счетчика завершается, и он готов к работе в других режимах. Аналогично происходит процесс восстановления и любого из других семи возможных состояний счетчика.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой помехоустойчивый кольцевой счетчик с энергонезависимой памятью и может работать в одном из четырех режимов: счета, сброса, записи информации в сердечники дросселей 23...26 и восстановления информации после перерывов питания. Счетчик изменяет свое состояние по срезу импульса на одном из управляющих входов (входной шине 35, шине сброса 36 и шине 37 опроса) только в том случае, если длительность импульса окажется больше некоторого заданного значения и будет достаточна для записи кода нового состояния в конденсаторы RC-элементов 3. ..6. В противном случае по срезу импульса счетчик не изменяет свое текущее состояние. Поскольку промежуточные состояния счетчика хранятся на конденсаторах RC-элементов, то есть пассивных и инерционных элементах памяти, а счетчик содержит только элементы комбинационной логики и не содержит активных бистабильных функциональных элементов, он устойчив и к внутренним помехам, в том числе и к помехам в шине питания. В режимах записи и восстановления информации помехоустойчивость счетчика определяется временем перемагничивания сердечников дросселей 23...26.

При наличии импульса на шине 36 сброса счетчик не реагирует на импульсы на входной шине 35, то есть шина 36 сброса обладает приоритетом перед входной шиной 35.

Преимущество заявляемого счетчика перед известными счетчиками с энергонезависимой памятью заключается в возможности практически независимого регулирования уровней помехоустойчивости в режимах счета и записи (восстановления) информации. Это новое свойство заявляемого счетчика делает его незаменимым в тех условиях, когда требуется принимать информацию от расположенных на расстоянии датчиков и когда на линиях связи возможны электромагнитные наводки, а запись и воспроизведение информации, принятой в условиях воздействия помех, происходят в более благоприятных условиях работы. Данное отличительное свойство заявляемого счетчика дополнительно расширяет область его применения и позволяет уменьшить габариты и массу элементов памяти.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достигнутого технического результата был изготовлен и испытан в нормальных условиях и в диапазоне температур окружающей среды от -50^оС до +50^оС лабораторный макет, выполненный по схеме фиг. 1 на базе интегральных микросхем серии 564 и дискретных дросселей на сердечниках из материала с прямоугольной петлей гистерезиса типа 77НМДП, резисторов и конденсаторов. Проведенные испытания показали осуществимость заявляемого кольцевого счетчика и подтвердили его практическую ценность.

Claims (1)

1. КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК, содержащий четыре группы по n элементов И, две группы по n элементов ИЛИ, две группы по n RC-элементов, два элемента ИЛИ - НЕ, два инвертора, входную шину и шину сброса, при этом 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 первой 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, отличающийся тем, что в него введены n элементов памяти на дросселе каждый, n элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группа из n инверторов, две группы из n резисторов, шина опроса и шина управления, а в каждый RC-элемент первой группы и в первый и второй элементы ИЛИ - НЕ введен дополнительный вход, причем первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с входами соответствующих RC-элементов первой группы и через соответствующие резисторы первой группы - с информационными входами соответствующих инверторов группы и с первыми выводами соответствующих дросселей, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых соединены с шиной управления, входы выборки инверторов группы объединены и подключены к шине опроса и к дополнительным входам первого и второго элементов ИЛИ - НЕ, а выходы через соответствующие резисторы второй группы соединены с дополнительными входами соответствующих RC-элементов первой группы.

Images