RU2047272C1

RU2047272C1 - Reversible binary counter

Info

Publication number: RU2047272C1
Authority: RU
Inventors: Н.В. Дудченко
Original assignee: Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: automatic control. SUBSTANCE: reversible binary counter has count input 1, two control buses 2,3, polling bus 4, sign-indicating flip-flop 5, code-indicating flip-flop 6, reversing flip-flop 7, two access-pulse shapers 8,9, two additional OR gates 10,11, interrogation OR gate 12, and three count bits 13,14, 15, each incorporating AND an OR gates and count flip-flop. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в электронных устройствах специального и общего назначения для прямого и обратного счета импульсов, учитывая при этом знак результата. The invention relates to automation and computer technology and can be applied in electronic devices of special and general purpose for direct and reverse pulse counting, taking into account the sign of the result.

Известно устройство для счета импульсов [1] содержащее реверсивный счетчик, триггер, элемент И, три элемента ИЛИ, два элемента задержки, шину "Входная последовательность", шины (сложения и вычитания) управления реверсом, шину начальной установки, шину управления прямым кодом, шину управления обратным кодом. Данное устройство для счета импульсов может осуществлять суммирование и вычитание импульсов, поступающих на счетный вход, в зависимости от сигналов на шинах управления реверсом, учитывая при этом знак результата. A device for counting pulses [1] comprising a reversible counter, a trigger, an AND element, three OR elements, two delay elements, an Input Sequence bus, reverse control bus (addition and subtraction), an initial setup bus, a direct code control bus, a bus reverse code management. This device for counting pulses can perform the summation and subtraction of pulses arriving at the counting input, depending on the signals on the reverse control buses, taking into account the sign of the result.

Недостатком устройства является его сложность, обусловленная наличием триггера и трех комбинационных элементов в каждом разряде реверсивного счетчика, имеющего счетный вход и две шины реверса и использованного в устройстве для счета импульсов. The disadvantage of this device is its complexity, due to the presence of a trigger and three combinational elements in each category of a reversible counter having a counting input and two reverse buses and used in the device for counting pulses.

Наиболее близким к предлагаемому является реверсивный счетчик [2] содержащий счетные триггеры, элементы И, ИЛИ, управляющие шины сложения и вычитания, шину опроса, счетный вход, триггер реверса, триггер-указатель кода и формирователь импульсов обращения. Closest to the proposed one is a reversible counter [2] containing counting triggers, AND, OR elements, addition and subtraction control buses, a poll bus, counting input, a reverse trigger, a code trigger-trigger, and an access pulse shaper.

Недостатком этого счетчика является его низкое быстродействие, обусловленное тем, что наибольшее время установки в режиме прямого или обратного счета равно сумме времен задержек всех элементов И, ИЛИ счетных разрядов и времени переключения всех счетных триггеров. The disadvantage of this counter is its low speed, due to the fact that the longest installation time in the forward or reverse counting mode is equal to the sum of the delay times of all AND, OR counter bits and the switching time of all counter triggers.

Целью изобретения является повышение быстродействия счетчика, а также надежности его функционирования путем исключения возможности непрерывного наличия сигнала на входе формирователя импульсов обращения. The aim of the invention is to increase the speed of the counter, as well as the reliability of its operation by eliminating the possibility of continuous presence of a signal at the input of the shaper of the circulation pulses.

Поставленная цель достигается тем, что в реверсивный двоичный счетчик, содержащий счетный вход, управляющие шины сложения и вычитания, шину опроса, триггер знака, триггер указатель кода, триггер реверса, соединенный входами установки в единичное и нулевое состояния с управляющими шинами вычитания и сложения соответственно, формирователь импульсов обращения, первый и второй дополнительные элементы ИЛИ, элемент И опроса, соединенный входами с шиной опроса и выходом триггера указателя кода, а выходом с первым входом первого дополнительного элемента ИЛИ, и счетные разряды, каждый из которых содержит элемент И, элемент ИЛИ и счетный триггер, соединенный счетным входом с выходом элемента ИЛИ, а выходом с первым входом элемента И своего разряда, причем выход элемента И каждого счетного разряда, кроме самого старшего, соединен с первым входом элемента ИЛИ последующего разряда, выход элемента И самого старшего счетного разряда соединен со счетным входом триггера знака, с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, а также с первым входом элемента ИЛИ самого младшего счетного разряда, второй вход которого соединен со счетным выходом счетчика, а выход второго дополнительного элемента ИЛИ соединен со счетным входом триггера указателя кода, введен дополнительный формирователь импульсов обращения, и остальные связи выполнены иначе. This goal is achieved by the fact that in a reversible binary counter containing a counting input, addition and subtraction control buses, a polling bus, a sign trigger, a code indicator trigger, a reverse trigger connected to unit and zero state inputs with subtraction and addition control buses, respectively, shaper of circulation pulses, the first and second additional OR elements, the polling element AND, connected by the inputs to the polling bus and the trigger output of the code pointer, and by the output with the first input of the first additional about an OR element, and counting bits, each of which contains an AND element, an OR element, and a counting trigger connected by a counting input to the output of an OR element, and an output with the first input of an AND element of its own category, and the output of the And element of each counting bit, except the oldest is connected to the first input of the OR element of the subsequent discharge, the output of the And element of the oldest counting discharge is connected to the counting input of the sign trigger, with the first input of the second additional OR element, as well as with the first input of the OR element of the smallest count th stage, the second input of which is connected to the counting output of the counter and the output of the second additional element is connected to the OR counting input code pointer latch, introduced an additional reference pulse shaper, and other communication performed differently.

Отличие заявленного реверсивного двоичного счетчика от прототипа состоит в том, что прямой и инверсный выходы триггера реверса соединены со входами формирователей импульсов обращения, выходы которых соединены с вторым и третьим входами дополнительного элемента ИЛИ, соединенного выходом с вторым входом второго дополнительного элемента ИЛИ и с вторыми входами элементов ИЛИ всех счетных разрядов, а счетный вход счетчика соединен с вторым входом элемента И самого младшего счетного разряда, выход элемента И каждого счетного разряда, кроме самого старшего, соединен с вторым входом элемента И последующего разряда. The difference between the claimed reversible binary counter and the prototype is that the direct and inverse outputs of the reverse trigger are connected to the inputs of the pulse shapers, the outputs of which are connected to the second and third inputs of the additional OR element, connected to the second input of the second additional OR element and to the second inputs OR elements of all counting bits, and the counting input of the counter is connected to the second input of the AND element of the lowest counting bit, the output of the AND element of each counting bit, except the oldest, connected to the second input of the element And the subsequent discharge.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "новизна". Thus, the invention meets the criterion of "novelty."

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с другими техническими решениями, реализующими построение счетчиков данного типа, не позволил выявить в них признаки, являющиеся в предлагаемом решении отличительными по сравнению с прототипом и служащие той же цели. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". A comparative analysis of the proposed invention with other technical solutions that implement the construction of meters of this type did not allow us to identify signs that are distinctive in the proposed solution compared to the prototype and serve the same purpose. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

Возможность получения положительного эффекта подтверждена экспериментально и обусловлена наличием в промышленном производстве разнообразной элементной базы, имеющей триггеры со счетным входом, RS-или JK-триггеры, элементы И, ИЛИ, и дискретные радиоэлементы, позволяющие реализовать простые схемы формирователей импульсов обращения. The possibility of obtaining a positive effect is confirmed experimentally and is due to the presence in industrial production of a diverse element base that has triggers with a counting input, RS or JK triggers, AND, OR elements, and discrete radio elements that allow the implementation of simple circuits of pulse converters.

Особенностями предлагаемого реверсивного двоичного счетчика являются:
1) использование счетных триггеров, переключающихся по заднему фронту импульсов, поступающих на их счетчные входы;
2) использование формирователей импульсов обращения, формирующих импульc на выходе по заднему фронту входного сигнала;
3) использование двухвходовых элементов И;
4) использование двух- и трехвходовых элементов ИЛИ;
5) необходимость устанавливать и переключать режим работы счетчика путем подачи сигнала на управляющие шины сложения и вычитания до поступления импульсов на его счетный вход для исключения сбоев счетчика;
6) необходимость подавать сигнал на шину опроса для считывания результатов счета в прямом коде.The features of the proposed reverse binary counter are:
1) the use of counting triggers that switch on the trailing edge of the pulses arriving at their counting inputs;
2) the use of shapers of circulation pulses forming a pulse at the output along the trailing edge of the input signal;
3) the use of two-input elements And;
4) the use of two- and three-input elements OR;
5) the need to set and switch the counter operation mode by applying a signal to the addition and subtraction control buses before receiving pulses at its counting input to eliminate counter failures;
6) the need to send a signal to the poll bus to read the results of the count in direct code.

На чертеже представлена функциональная схема трехразрядного реверсивного двоичного счетчика. The drawing shows a functional diagram of a three-digit reversible binary counter.

Реверсивный двоичный счетчик содержит счетный вход 1, управляющие шины сложения 2 и вычитания 3, шину опроса 4, триггер знака 5, триггер указатель кода 6, триггер реверса 7, два формирователя 8, 9 импульсов обращения, дополнительные элементы ИЛИ 10, 11, элемент И опроса 12, три счетных разряда 13.15, каждый из которых содержит счетный триггер 13.1 (14.1, 15.1), элемент И 13.2 (14.2, 15,2) и элемент ИЛИ 13.3 (14.3, 15.3). The reversible binary counter contains a counting input 1, addition and subtraction 3 control buses, poll bus 4, sign trigger 5, trigger code indicator 6, reverse trigger 7, two shapers 8, 9 access pulses, additional elements OR 10, 11, AND element survey 12, three counting bits 13.15, each of which contains a counting trigger 13.1 (14.1, 15.1), element 13.2 (14.2, 15.2) and OR 13.3 (14.3, 15.3).

Триггер реверса 7 своим R-входом соединен с управляющей шиной сложения 2, S-входом с управляющей шиной вычитания 3, а выходами с входами формирователей 8, 9 импульсов обращения, выходы которых соединены с вторым и третьим входами первого дополнительного элемента ИЛИ 10. Выход элемента И опроса 12, соединенного с входами с прямым выходом триггера указателя кода 6 и шиной опроса 4, соединен с первым входом первого дополнительного элемента ИЛИ 10, выход которого соединен со вторым входом второго дополнительного элемента ИЛИ 11, вторыми входами элементов ИЛИ 14.3, 15.3 и третьим входом элемента ИЛИ 13,3. Счетный вход 1 соединен с вторыми входами элементов И 13,2, ИЛИ 13.3, первый вход последнего совместно со счетным входом триггера знака 5 и первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ 11 соединен со счетным входом элемента И 15.2, выход второго дополнительного элемента ИЛИ 11 cоединен cо cчетным входом триггера указателя кода 6. Счетные входы триггеров 13.1, 14.1, 15.1 соединены с выходами элементов ИЛИ 13.3, 14.3, 15.3 соответственно, а прямые выходы этих триггеров с первыми входами элементов И 13.2, 14.2, 15.2 соответственно. Выход элемента И 13.2 соединен с первым входом элемента ИЛИ 14.3 и вторым входом элемента И 14.2, а выход элемента И 13.2 с первым входом элемента ИЛИ 15.3 и вторым входом элемента И 15.2. The reverse trigger 7 with its R-input is connected to the control bus of addition 2, the S-input with the control bus of subtraction 3, and the outputs with the inputs of the shapers 8, 9 of the circulation pulses, the outputs of which are connected to the second and third inputs of the first additional element OR 10. The output of the element And the survey 12, connected to the inputs with a direct output of the trigger of the code pointer 6 and the poll bus 4, is connected to the first input of the first additional element OR 10, the output of which is connected to the second input of the second additional element OR 11, the second inputs are s OR 14.3, 15.3 and the third input of the element OR 13.3. The counting input 1 is connected to the second inputs of the elements AND 13.2, OR 13.3, the first input of the latter, together with the counting input of the trigger sign 5 and the first input of the second additional element OR 11, is connected to the counting input of the element AND 15.2, the output of the second additional element OR 11 is connected to by the counting input of the trigger of the code pointer 6. The counting inputs of the triggers 13.1, 14.1, 15.1 are connected to the outputs of the elements OR 13.3, 14.3, 15.3, respectively, and the direct outputs of these triggers with the first inputs of the elements AND 13.2, 14.2, 15.2, respectively. The output of the AND element 13.2 is connected to the first input of the OR element 14.3 and the second input of the AND element 14.2, and the output of the AND element 13.2 with the first input of the OR element 15.3 and the second input of the AND element 15.2.

Реверсивный двоичный счетчик работает следующим образом. Reverse binary counter works as follows.

В исходном состоянии счетчика все триггеры установлены в "0". Для приведения в исходное состояние необходимо установить счетчик в режим прямого счета подачей сигнала на управляющую шину сложения 2, при этом устанавливается в "0" триггер реверса 7. Затем производится установка в нулевое состояние остальных триггеров подачей сигнала на их установочные R-входы по шине "Обнуление" (показана пунктирной линией). In the initial state of the counter, all triggers are set to "0". To bring it to its initial state, it is necessary to set the counter to direct counting by applying a signal to the control bus of addition 2, while the reverse trigger is set to “0”. Then, the remaining triggers are set to zero by applying a signal to their installation R-inputs via the bus " Zeroing "(indicated by a dashed line).

Перед приходом на вход 1 первого счетного импульса подается сигнал управления прямым или обратным счетом на шину 2 или 3 (после установки счетчика в исходное состояние для осуществления режима прямого счета сигнала на шину 2 может не подаваться). Before the first counting pulse arrives at input 1, a direct or counting control signal is sent to bus 2 or 3 (after setting the counter to its initial state, it may not be sent to bus 2 to implement the direct counting mode).

Если сигнал подан на шину 2, счетчик работает в режиме прямого счета, при этом состояние ни одного из триггеров не меняется, в счетчике записано число 000, триггер знака и триггер указатель кода находятся в нулевых состояниях. С приходом каждого счетного импульса на вход 1 счетчик будет увеличивать свое состояние на единицу. Так, например, с приходом пяти счетных импульсов в счетчике будет записано 101, триггер знака 5 при этом будет иметь нулевое состояние, что соответствует положительному числу. Триггер указатель кода 6 также находится в нулевом состоянии, соответствующем прямому коду, элемент И опроса 12 закрыт нулевым сигналом с его прямого выхода, поэтому поступление сигнала по шине опроса 4 не изменит состояние триггеров в счетчике. If the signal is applied to bus 2, the counter operates in direct counting mode, while the state of none of the triggers changes, the number 000 is written in the counter, the sign trigger and the code pointer trigger are in zero states. With the arrival of each counting pulse at input 1, the counter will increase its state by one. So, for example, with the arrival of five counting pulses, 101 will be recorded in the counter, the trigger of sign 5 will have a zero state, which corresponds to a positive number. The trigger pointer code 6 is also in the zero state corresponding to the direct code, the And element of the polling 12 is closed by a zero signal from its direct output, therefore, the receipt of the signal via the polling bus 4 will not change the state of the triggers in the counter.

Для выполнения обратного счета перед поступлением последовательности вычитаемых импульсов на счетный вход 1 необходимо подать сигнал на управляющую шину вычитания 3. При этом триггер реверса 7 переключится в единичное состояние, по заднему фронту сигнала на его инверсном выходе формирователь 9 импульса обращения cформирует импульс обращения, который поступит через элементы ИЛИ 10, 11, 13.3, 14.3, 15.3 на счетные входы триггеров 13.1, 14.1, 15.1 и триггера реверса 7, переключив их при этом в противоположные состояния. Если результат счета был 101, то после переключения режима счета с прямого на обратный в счетчике будет записано 010. С поступлением последовательности импульсов на счетный вход 1 число импульсов будет суммироваться с обратным кодом ранее накопленного в счетчике результата. Так, например, с приходом трех счетных импульсов в счетчике будет записано 101, триггер знака 5 будет находиться в единичном, а триггер указатель кода 6 в нулевом состоянии. To perform a countdown, before the sequence of subtracted pulses arrives at the counting input 1, it is necessary to apply a signal to the subtraction 3 control bus. In this case, the reverse trigger 7 will switch to a single state, and the reverse pulse generator 9 will generate a reversal pulse at its inverse output signal through the elements OR 10, 11, 13.3, 14.3, 15.3 to the counting inputs of the triggers 13.1, 14.1, 15.1 and the reverse trigger 7, while switching them into opposite states. If the counting result was 101, then after switching the counting mode from direct to reverse, 010 will be written in the counter. With the arrival of the pulse train to the counting input 1, the number of pulses will be summed with the reverse code of the result previously accumulated in the counter. So, for example, with the arrival of three counting pulses, 101 will be written in the counter, the trigger of sign 5 will be in one, and the trigger of code pointer 6 will be in the zero state.

Для получения результата в прямом коде подается импульс опроса по шине 4, который через открытый единичным сигналом с выхода триггера указателя кода 6 элемент И опроса 12 и элементы ИЛИ 10, 13.3, 14,3, 15,3 поступает в счетные входы триггеров 13.1, 14.1, 15.1, переключая их в противоположные состояния. Результат счета составит, таким образом, 010. Нулевое состояние триггера знака 5 соответствует положительному числу. To obtain the result in the direct code, a polling impulse is sent via bus 4, which, through an open single signal from the trigger of the code pointer 6, polling element 12 and OR elements 10, 13.3, 14.3, 15.3 enter the counting inputs of triggers 13.1, 14.1 , 15.1, switching them to opposite states. The result of the count will thus be 010. The zero state of the trigger of sign 5 corresponds to a positive number.

Аналогичным образом будет осуществляться процесс счета и с отрицательными числами, с тем отличием, что триггер указатель кода 6 будет переключаться не только сигналами с управляющих шин 2, 3, но и в результате перехода состояния счетчика из области отрицательных чисел в область положительных и наоборот. Переключение бу-дет осуществляться при поступлении оче- редного счетного импульса, если счетчик на- ходился в соcтоянии 111 (обратный код нуля) через второй дополнительный элемент ИЛИ 11. The counting process with negative numbers will be carried out in a similar way, with the difference that the trigger indicator of code 6 will switch not only with signals from the control buses 2, 3, but also as a result of the transition of the counter state from the region of negative numbers to the region of positive numbers and vice versa. Switching will be carried out upon receipt of the next counting pulse, if the counter was at state 111 (reverse zero code) through the second additional element OR 11.

Технико-экономический эффект от изобретения обусловлен повышением быстродействия счетчика. Для прототипа время установки счетчика, определяемое суммарной задержкой последовательной передачи информации со счетного входа до старшего разряда счетчика, выражается формулой:
t_{уст.макс}=N˙ (t_И+t_ИЛИ+t_T)+t_ИЛИ+t_T+ τ_и
где N количество счетных разрядов.The technical and economic effect of the invention is due to increased counter performance. For the prototype, the installation time of the counter, determined by the total delay of the serial transmission of information from the counting input to the highest level of the counter, is expressed by the formula:
t _{set max.} = N˙ (t _AND + t _OR + t _T ) + t _OR + t _T + τ _and
where N is the number of counting bits.

t_И время задержки элемента И,
t_ИЛИ время задержки элемента ИЛИ,
t_Т время переключения счетного триггера,
τ_и длительность счетного импульса.t _And the delay time of the element And,
t _OR element delay time OR,
t _T switching time of the counting trigger,
τ _{and the} duration of the counting pulse.

Для предлагаемого реверсивного двоичного счетчика время установки выражается формулой:
t_{уст.макс}=N˙ t_И + 2 ˙ t_ИЛИ+2˙ t_Т + τ_и.For the proposed reverse binary counter, the installation time is expressed by the formula:
t _{set max.} = N˙ t _AND + 2 ˙ t _OR + 2˙ t _T + τ _and .

Как следует из приведенных формул, время установки предлагаемого счетчика по сравнению с прототипом меньше на величину
(N-1) ˙ (t_ИЛИ+t_Т).As follows from the above formulas, the installation time of the proposed counter in comparison with the prototype is less by
(N-1) ˙ (t _OR + t _T ).

Таким образом, при тех же функциональных возможностях, что и у прототипа, предлагаемый счетчик характеризуется меньшим временем установки, что позволяет уменьшить временные паузы для переключения режимов счета, увеличить частоту следования счетных импульсов при параллельном считывании информации с разрядов счетчика. Thus, with the same functionality as the prototype, the proposed counter is characterized by a shorter setup time, which allows to reduce the time pauses for switching the counting modes, to increase the repetition rate of the counting pulses when reading information from the counter bits in parallel.

Claims

A REVERSE BINARY COUNTER containing a counting input, addition and subtraction control buses, a polling bus, a sign trigger, a code trigger indicator, a reverse trigger connected to its unit and zero state inputs with subtraction and addition control buses, respectively, an access pulse shaper, the first and second additional OR elements, the polling element AND, connected by its inputs to the trigger output of the code pointer and the pig bus, and the output to the first input of the first additional OR element, and are countable e bits, each of which contains an AND element, an OR element, and a counting trigger connected by its counting input to the output of the OR element, and by an output with the first input of the AND element of its category, and the output of the And element of each counting category, except the oldest, is connected to the first the input of the OR element of the subsequent discharge, the output of the And element of the oldest counting discharge is connected to the counting input of the sign trigger, with the first input of the second additional OR element and with the first input of the OR element of the lowest counting discharge, the second input which is connected to the counting input of the counter, and the output of the second additional OR element is connected to the counting input of the trigger of the code pointer, characterized in that, in order to increase the speed and reliability of the counter, an additional pulse shaper of reversal, direct and inverse outputs of the reverse trigger are introduced connected to the inputs of the shapers of the circulation pulses, the outputs of which are connected to the second and third inputs of the additional element OR, connected by its output to the second input in orogo further OR element and the second inputs of the elements or all countable bits, a count input of counter is connected to the second input of AND youngest countable discharge element output and each countable discharge except the oldest, is connected to the second input of AND gate each successive discharge.