RU2168855C1 - Помехоустойчивый кольцевой счетчик - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых устройствах, работающих в условиях воздействия помех. Устройство содержит анализатор (1) состояния разрядов счетчика, первый (12) и второй (13) инверторы, первый (14), второй (15), третий (16), четвертый (17) и пятый (18) элементы ИЛИ-НЕ, RC-элемент (19) записи, группу (20-23) RC-элементов записи, входную (24 )шину и шину (25) сброса. Введены элемент (2) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группа элементов (3-6) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент (7), группа (8-11) мажоритарных элементов. Технический результат: упрощение кольцевого счетчика с четным количеством разрядов путем уменьшения количества групп логических элементов, содержащих по n элементов, за счет изменения способа записи новых состояний счетчика в RC-элементы разрядов и результатов анализа состояний счетчика на четность в RC-элемент. 3 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных цифровых устройствах, работающих в условиях воздействия помех.

Известен помехоустойчивый кольцевой счетчик (см. патент РФ N 1612946 от 29.06.89 г. , МКИ H 03 K 25/00, "Кольцевой счетчик" авторов Г.В. Даниленко, Р. Ф. Зубаерова и А.Я. Рыбакова, опубл. 15.11.94 г., БИ N 21), 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 из инверторов - с первыми входами элементов И третьей группы. Выход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен 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 - со вторыми входами соответствующих элементов И второй группы. Выходы элементов И второй группы соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ второй группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И третьей группы. Выходы элементов ИЛИ второй группы соединены со вторыми входами соответствующих элементов И первой группы и через соответствующие RC-элементы второй группы - со вторыми входами соответствующих элементов И третьей группы. Вторые входы с первого по (n-1)-ый элемент И первой группы соединены со вторыми входами соответственно со второго по n-ый элемент И четвертой группы, а второй вход n-ого элемента И первой группы через второй инвертор соединен со вторым входом первого элемента И четвертой группы.

Недостатком данного кольцевого счетчика является его сложность при четном количестве разрядов, обусловленная принятой схемотехнической реализацией алгоритма функционирования счетчика, выполненной с применением сравнительно большого количества групп элементов (четырех групп элементов И, двух групп элементов ИЛИ и двух групп RC-элементов), причем количество элементов в каждой из упомянутых групп по мере увеличения разрядов счетчика пропорционально увеличивается, при этом все более усложняются и без того сложные взаимные связи между элементами счетчика.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является помехоустойчивый кольцевой счетчик с четным количеством разрядов (см. патент РФ N 2036556 от 05.10.90 г., МКИ: H 03 K 25/00, "Кольцевой счетчик" авторов Г.И. Шишкина и Р.Ф. Зубаерова, опубл. 27.05.95 г. , БИ N 15), содержащий устройство анализа, шесть элементов ИЛИ-НЕ, два элемента И, элемент ИЛИ, RC-элемент, два инвертора, две группы по n элементов И, где n - количество разрядов счетчика, группу из n элементов ИЛИ, группу из n RC-элементов, входную шину и шину сброса. Первый и второй входы первого элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно с входной шиной и шиной сброса, подключенной к первому входу второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ и первым входом первого из элементов И, а выход - с первым входом второго из элементов И, выходы элементов И подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом RC-элемента. Первые и вторые входы элементов ИЛИ из группы элементов ИЛИ подключены к выходам соответствующих элементов И первой и второй групп соответственно, а выходы через соответствующие RC-элементы из группы RC-элементов - к первым входам соответствующих элементов И второй группы. Выход n-го элемента ИЛИ из группы элементов ИЛИ соединен с входом первого инвертора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И первой группы, первые входы со второго по n-ый элемент И которой подключены к выходам соответственно с первого по (n-1)-ый RC-элемент из группы RC-элементов. Выход каждого элемента ИЛИ из группы элементов ИЛИ соединен с соответствующим входом устройства анализа, выход которого подключен ко второму входу первого из элементов И, выход RC-элемента соединен со вторым входом второго из элементов И. Выход элемента ИЛИ соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ-НЕ и через второй инвертор - с первым входом четвертого элемента ИЛИ-НЕ. Вторые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ соединены с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, третьи входы - с шиной сброса и первыми входами пятого и шестого элементов ИЛИ-НЕ, выход третьего элемента ИЛИ-НЕ соединен со вторыми входами нечетных элементов И первой группы и вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со вторыми входами нечетных элементов И второй группы. Выход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен со вторыми входами четных элементов И первой группы и вторым входом шестого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со вторыми входами четных элементов И второй группы.

Недостатком этого кольцевого счетчика является сложность его схемы, обусловленная принятой схемотехнической реализацией выбранного алгоритма работы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более простого помехоустойчивого кольцевого счетчика.

Технический результат, заключающийся в упрощении схемы, достигается тем, что в кольцевой счетчик, содержащий пять элементов ИЛИ-НЕ, два инвертора, RC-элемент записи, анализатор состояния разрядов счетчика, группу из n RC-элементов записи, где n - четное число, равное количеству разрядов счетчика, входную шину и шину сброса, соединенную с первыми входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, вторые входы второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены соответственно с выходами четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ, первый вход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен с входами RC-элемента записи и первого инвертора, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ объединены, входы анализатора состояния разрядов счетчика соединены с входами соответствующих RC-элементов записи из группы RC-элементов записи, введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент, группа из n элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и группа из n мажоритарных элементов, причем входная шина через второй инвертор соединена со вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ и непосредственно - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом анализатора состояния разрядов счетчика и с первым входом мажоритарного элемента, второй, третий входы и выход которого соединены соответственно с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выходом и входом RC-элемента записи, первые входы нечетных и четных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами соответственно второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, второй вход и выход каждого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входами соответствующего мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов, третий вход и выход каждого мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединены соответственно с выходом и входом соответствующего ему RC-элемента записи из группы RC-элементов записи, выход каждого нечетного мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединен со вторым входом последующего четного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход каждого четного мажоритарного элемента, кроме n-го, из группы мажоритарных элементов соединен со вторым входом последующего нечетного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход n-го мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Указанная совокупность признаков позволяет упростить кольцевой счетчик с четным количеством разрядов путем уменьшения количества групп логических элементов, содержащих по n элементов, за счет изменения способа записи новых состоянии счетчика в RC-элементы записи разрядов и результатов анализа состояний счетчика на четность - в RC-элемент записи.

Функциональная схема кольцевого счетчика (в четырехразрядном варианте) приведена на фиг. 1, схема анализатора состояния разрядов счетчика - на фиг. 2, схема одного RC-элемента записи - на фиг. 3, сравнительные затраты на реализацию прототипа и заявляемого счетчика приведены в таблице.

Кольцевой счетчик (см. фиг. 1) содержит анализатор 1 состояния разрядов счетчика, элемент 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, группу элементов 3...6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент 7, группу 8...11 мажоритарных элементов, первый 12 и второй 13 инверторы, первый 14, второй 15, третий 16, четвертый 17 и пятый 18 элементы ИЛИ-НЕ, RC-элемент 19 записи, группу 20...23 RC-элементов записи, входную 24 шину и шину 25 сброса. Входная 24 шина соединена с входом инвертора 13 и с первым входом элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым и вторым входами мажоритарного элемента 7, третий вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом RC-элемента 19. Выход мажоритарного элемента 7 соединен с первым входом элемента 17 ИЛИ-НЕ и с входом инвертора 12, выход которого соединен с первым входом элемента 18 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен со вторым входом элемента 17 ИЛИ-НЕ и с выходом инвертора 13. Шина 25 сброса соединена с первыми входами элементов 14, 15, 16 ИЛИ-НЕ, вторые входы элементов 15, 16 ИЛИ-НЕ соединены соответственно с выходами элементов 17, 18 ИЛИ-НЕ. Выход элемента 15 ИЛИ-НЕ соединен с первыми входами элементов 3, 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента 16 ИЛИ-НЕ - с первыми входами элементов 4, 6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Вторые входы и выходы элементов 3...6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первыми и вторыми входами мажоритарных элементов 8.. . 11. Третьи входы и выходы мажоритарных элементов 8...11 соединены соответственно с выходами и входами RC-элементов 20...23. Выходы мажоритарных элементов 8...10 соединены соответственно со вторыми входами элементов 4...6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход мажоритарного элемента 11 соединен со вторым входом элемента 14 ИЛИ-НЕ. Входы анализатора 1 соединены с выходами мажоритарных элементов 8...11, а выход соединен с первым входом мажоритарного элемента 7.

Кольцевой счетчик выполнен на интегральных микросхемах и дискретных резисторах и конденсаторах. При этом анализатор 1 выполнен на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (26, 27, 28, см. фиг.2), а RC-элементы 19... 23 выполнены по одинаковой схеме на двух резисторах и конденсаторе (29, 30 и 31, см. фиг. 3). Резистор на выходе указанных RC-элементов не является обязательным элементом, он нужен лишь в частных случаях, например для защиты входов микросхем отдельных серий, включенных к выходам RC-элементов, от перегрузки по входному току.

Информация о состояниях кольцевого счетчика может быть снята с выходов мажоритарных элементов 8. . . 11 или (если длинные фронты и срезы сигналов допустимы для нагрузок) с выходов RC-элементов 20...23.

Построение кольцевого счетчика с количеством разрядов более показанного на фиг. 1 осуществляется путем увеличения количества элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарных элементов и RC-элементов в соответствующих группах и количества входов анализатора 1.

Работает кольцевой счетчик следующим образом.

Перед работой счетчик устанавливается в исходное нулевое состояние подачей по шине 25 сброса импульсного сигнала с уровнем логической "1" (здесь и далее в тексте уровни сигналов соответствуют счетчику, реализованному на базе микросхем с положительной логикой). При этом в течение длительности импульса сброса на выходах элементов 14, 15, 16 ИЛИ-НЕ и, следовательно, на выходах элементов 3...6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поддерживается уровень логического "0". Поэтому на выходе мажоритарного элемента 8 устанавливается уровень логического "0". При этом конденсатор RC-элемента 20 начинает разряжаться (если он до этого был в заряженном состоянии) через малое выходное сопротивление мажоритарного элемента 8. Следует отметить, что постоянная времени RC-элсментов 20. . .23 (19) выбрана таким образом, чтобы в течение длительности импульсов (в интервале между импульсами) на любом из управляющих входов счетчика - на шине 25 сброса или входной шине 24 - конденсаторы указанных RC-элементов успели разрядиться до уровня логического "0" или зарядиться до уровня логической "1".

Сигнал с уровнем логического "0" с выхода мажоритарного элемента 8 поступает на второй вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и на первый вход мажоритарного элемента 9, в результате на выходе последнего до окончания импульса сброса поддерживается уровень логического "0", что приводит к разряду конденсатора RC-элемента 21 (если он до этого был в заряженном состоянии). Аналогично и последовательно происходит появление уровней логического "0" на выходах мажоритарных элементов 10, 11 и разряд конденсаторов RC-элементов 22,23. В результате до окончания импульса сброса конденсаторы RC-элементов 20. ..23 успевают разрядится, то есть в счетчик оказывается "записанным" код (0000) его исходного нулевого состояния.

Далее в течение импульса сброса одновременно (после разряда конденсаторов RC-элементов 20...23) происходит разряд конденсатора RC-элемента 19: с выхода анализатора 1 уровень логического "0" поступает на первый вход мажоритарного элемента 7 и на второй вход элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (на первом входе которого в это время имеется уровень логического "0"), с выхода которого сигнал с уровнем логического "0" поступает на второй вход мажоритарного элемента 7, на выходе которого устанавливается уровень логического "0", что приводит к разряду конденсатора RC-элемента 19 (если он был в заряженном состоянии) через малое выходное сопротивление мажоритарного элемента 7.

Следует отметить, что процесс разряда конденсатора RC-элемента 19 завершается до окончания импульса сброса, но может, в принципе, продолжаться и после окончания импульса сброса, так как на выходе мажоритарного элемента 7 уровень логического "0" поддерживается и после снятия импульса сброса. Необходимо только, чтобы процесс разряда завершился до поступления счетных импульсов (до поступления очередного счетного импульса - когда счетчик работает в режиме счета).

После окончания импульса сброса на входной шине 24, на шине 25 сброса, на выходе анализатора 1, на выходах элементов 2...6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарных элементов 7...11 и элементов 17, 18 ИЛИ-НЕ поддерживаются уровни логического "0", на выходах инверторов 12, 13 и элементов 14...16 ИЛИ-НЕ - уровни логической "1", конденсаторы RC-элементов разряжены. Такое исходное состояние счетчика сохраняется до подачи счетных импульсов по входной шине 24.

При поступлении по входной шине 24 первого счетного импульса (с уровнем логической "1") на выходе инвертора 13 устанавливается уровень логического "0", а на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - уровень логической "1", который поступает на второй вход мажоритарного элемента 7. Однако при этом на выходе мажоритарного элемента 7 уровень логического "0" (результат анализа предыдущего исходного состояния разрядов счетчика) сохраняется в течение всего счетного импульса (см. ниже). Следовательно, на входе инвертора 12 сохраняется уровень логического "0", на выходе - уровень логической "1", на выходе элемента 17 ИЛИ-НЕ устанавливается уровень логической "1", а на выходе элемента 18 ИЛИ-НЕ сохраняется уровень логического "0". Сохраняются уровни логической "1" на выходах элементов 14, 16 ИЛИ-НЕ, на выходе элемента 15 ИЛИ-НЕ устанавливается уровень логического "0". При указанной комбинации сигналов на выходах элементов 14, 15, 16 ИЛИ-НЕ на выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и на выходе мажоритарного элемента 8 устанавливается уровень логической "1", начинается заряд конденсатора RC-элемента 20, а после его заряда уровень логической "1" поступает и на третий вход мажоритарного элемента 8, надежно фиксируя на его выходе уровень логической "1". Уровни сигналов (уровни логического "0") на выходах мажоритарных элементов 9, 10, 11 остаются неизменными. Например, при поступлении уровня логической "1" с выхода мажоритарного элемента 8 на первый вход мажоритарного элемента 9 на второй вход последнего одновременно с выхода элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступает уровень логического "0", а поскольку на третьем входе мажоритарного элемента 9 в это время поддерживается уровень логического "0" с выхода RC-элемента 21, то уровень логического "0" на выходе мажоритарного элемента 9 сохраняется. На выходах мажоритарных элементов 10, 11 уровни логического "0" сохраняются по той причине, что у первого на все три его входа поступают уровни логического "0", а у второго уровни логического "0" имеются на первом и третьем входах.

Таким образом, при поступлении первого счетного импульса на выходах мажоритарных элементов 8...11 сразу устанавливается код (1000) нового состояния счетчика, то есть код числа 1. После заряда конденсатора RC-элемента 20 и поступления уровня логической "1" на третий вход мажоритарного элемента 8 указанный код уже целиком оказывается "записанным" в память счетчика ("запоминается" конденсаторами RC-элементов 20. ..23) и сохраняется неизменным вплоть до поступления следующего счетного импульса благодаря наличию обратной связи с выходов RC-элементов 20...23 на третьи входы соответствующих мажоритарных элементов 8...11.

Анализатор 1 постоянно анализирует состояния разрядов счетчика и, при появлении кода 1000 на выходах мажоритарных элементов 8...11 после поступления первого счетного импульса, сразу выдаст сигнал (уровень логической "1") о нечетном количестве единиц в коде. Однако этот сигнал в течение счетного импульса не приводит, как было указано выше, к изменению уровня сигнала (логического "0") на выходе мажоритарного элемента 7 и RC-элемента 19, поскольку поступление сигнала с уровнем логической "1" с выхода анализатора 1 на первый вход мажоритарного элемента 7 приводит к одновременному появлению сигнала с уровнем логического "0" на его втором входе с выхода элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Возможные кратковременные совпадения сигналов с уровнем логической "1" на первом и втором входах мажоритарного элемента 7 при смене сигналов из-за различия задержки сигналов в логических элементах не приводят к изменению постоянного уровня сигнала на выходе мажоритарного элемента 7, поскольку в цепи обратной связи последнего имеется интегрирующий RC-элемент 19. Изложенное об особенности сохранения "постоянного" уровня сигнала на выходе мажоритарного элемента 7 при смене уровней сигналов на его входах справедливо и для мажоритарных элементов 8...11.

После окончания первого счетного импульса на выходе инвертора 13 восстанавливается исходный уровень логической "1", на выходе анализатора 1 сохраняется уровень логической "1" (сигнал о нечетном количестве единиц в коде текущего состояния счетчика), на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появляется уровень логической "1". При этом на первом и втором входах мажоритарного элемента 7 оказываются приложенными уровни логической "1", на его выходе появляется уровень логической "1", и начинается заряд конденсатора RC-элемента 19. После его заряда и поступления уровня логической "1" на третий вход мажоритарного элемента 7 уровень логической "1" на его выходе надежно фиксируется. Здесь следует отметить, что этот уровень сигнала на выходе мажоритарного элемента 7 сохранится до конца следующего (в данном случае - второго) счетного импульса, то есть этот мажоритарный элемент и RC-элемент 19 меняют свои состояния в интервале между счетными импульсами, и состояние выхода мажоритарного элемента 7 используется для "записи" единицы (или нуля) в следующий четный или нечетный разряд кольцевого счетчика, работающего в коде Либау-Крейга.

При поступлении второго счетного импульса на выходе инвертора 13 и на выходе элемента 2 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ устанавливается уровень логического "0", на выходе мажоритарного элемента 7 сохраняется уровень логической "1" На выходе элемента 17 ИЛИ-НЕ сохраняется уровень логического "0", на выходе элемента 15 ИЛИ-НЕ - уровень логической "1", на выходе элемента 18 ИЛИ-НЕ появляется уровень логической "1", что вызывает появление уровня логического "0" на выходе элемента 16 ИЛИ-НЕ. Поскольку при поступлении второго счетного импульса уровни сигналов на входах элементов 14 ИЛИ-НЕ и 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ не изменились, то уровни сигналов на входах мажоритарного элемента 8 также остаются неизменными, а на его выходе сохраняется уровень логической "1". На первый вход элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с выхода элемента 16 ИЛИ-НЕ поступает уровень логического "0", а на второй вход - уровень логической "1" с выхода мажоритарного элемента 8. Следовательно, на выходе элемента 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появляется уровень логической "1" и поступает на второй вход мажоритарного элемента 9. А поскольку на двух входах (на первом и втором) этого элемента присутствуют уровни логической "1", то на его выходе появляется уровень логической "1", который после заряда конденсатора RC-элемента 21 и поступления уровня логической "1" на третий вход мажоритарного элемента 9 надежно фиксируется, то есть единичная информация "записывается" во второй разряд счетчика. Уровень логической "1" с выхода мажоритарного элемента 9 поступает также па первый вход мажоритарного элемента 10 и на второй вход элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. В это время на первом входе элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ присутствует уровень логической "1", поэтому на его выходе будет уровень логического "0". При наличии уровней логического "0" на двух (втором и третьем) входах мажоритарный элемент 10 сохраняет на своем выходе уровень логического "0", то есть единичная информация в третий разряд счетчика не записывается. Сохраняет на выходах уровень логического "0" и мажоритарный элемент 11, так как в течение второго счетного импульса на всех трех его входах сохраняются уровни логического "0".

Таким образом, при поступлении второго счетного импульса после заряда конденсатора RC-элемента 21 в счетчик оказывается "записанным" код 1100, то есть код числа 2. Изменение уровня сигнала (вместо логической "1" - логический "0") на выходе анализатора 1 в течение второго счетного импульса (после появления уровня логической "1" на выходе мажоритарного элемента 9) не приводит, как было указано выше, к изменению уровня сигнала на выходе мажоритарного элемента 7 и не мешает "записи" единичной информации во второй разряд счетчика. После окончания второго счетного импульса на выходе мажоритарного элемента 7 устанавливается и поддерживается (до окончания следующего счетного импульса) уровень логического "0".

При поступлении третьего и четвертого счетных импульсов функциональные элементы счетчика работают аналогично, при этом единичная информация "записывается" последовательно в третий и четвертый разряды счетчика. После "записи" единицы в четвертый разряд счетчика на второй вход элемента 14 ИЛИ-НЕ с выхода мажоритарного элемента 11 поступает уровень логической "1". В результате па первом входе мажоритарного элемента 8 и на втором входе элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ постоянно (до момента изменения состояния четвертого разряда счетчика) присутствует уровень логического "0".

При поступлении пятого счетного импульса на первый вход элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с выхода элемента 15 ИЛИ-НЕ поступает уровень логического "0", при этом, на второй вход мажоритарного элемента 8. Таким образом, на первом и втором входах мажоритарного элемента 8 оказываются приложенными уровни логического "0", на его выходе появляется уровень логического "0", начинается разряд конденсатора RC-элемснта 20. После его разряда на третий вход мажоритарного элемента 8 также поступает уровень логического "0" и на выходе последнего уровень логического "0" надежно фиксируется, то есть в первый разряд счетчика "записывается" 0. Уровни сигналов на выходах мажоритарных элементов 9. . . 11, то есть состояния остальных разрядов счетчика при поступлении пятого счетного импульса, остаются без изменения. Таким образом, при поступлении пятого счетного импульса счетчик принимает состояние 0111, соответствующее числу 5.

При поступлении шестого, седьмого и восьмого счетных импульсов нулевая информация последовательно "записывается" во второй, третий и четвертый разряды счетчика. После поступления восьмого счетного импульса счетчик возвращается в исходное нулевое состояние. При поступлении последующих счетных импульсов описанный выше цикл работы счетчика повторяется.

Таким образом, при поступлении счетных импульсов заявляемый кольцевой счетчик, как и прототип, сначала постепенно заполняется единицами, а затем (после "записи" единицы в последний разряд) - нулями, то есть изменение его состояний происходит в соответствии с однопеременным кодом Либау-Крейга. При этом счетчик свое текущее состояние изменяет только в том случае, если длительность счетного импульса достаточна для "записи" единицы или нуля на конденсатор RC-элемента соответствующего разряда счетчика, а пауза между счетными импульсами достаточна для "записи" результата анализа на четность текущего состояния счетчика на конденсатор RC-элсмента 19. Здесь под "записью" понимается перезаряд конденсаторов соответствующих RC-элементов от уровня логического "0" до уровня логической "1" и наоборот.

Необходимо отметить, что при наличии сигнала на шине 25 сброса счетчик не реагирует на счетные импульсы на входной шине 24, то есть шина 25 сброса обладает, как и у прототипа, приоритетом перед входной шиной 24.

Из описания работы видно, что заявляемый кольцевой счетчик обладает всеми функциональными возможностями прототипа, но при этом имеет более простую схему (меньшее количество функциональных логических элементов и более простую топологию из-за меньшего количества связей между функциональными элементами). В таблице приведены сравнительные данные по затратам на реализацию прототипа и заявляемого счетчика при одинаковых количествах разрядов (n) на базе микросхем серии 564 и дискретных RC-элементов (затраты микросхем даны в корпусах).

Из данных приведенной таблицы видно, что при одинаковых (четных) количествах разрядов заявляемый кольцевой счетчик имеет, даже без учета упрощения топологии, заметное преимущество - реализуется при меньшем количестве (на 22...23%) корпусов микросхем.

Указанное упрощение заявляемого помехоустойчивого кольцевого счетчика по сравнению с прототипом при четном количестве разрядов достигнуто путем изменения алгоритма его работы за счет использования новых функциональных элементов (мажоритарных элементов и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ). Изменение алгоритма работы при этом заключается в том, что в заявляемом счетчике при изменении текущего состояния счетчика после поступления очередного счетного импульса участвуют не все четные или нечетные разряды счетчика одновременно (перезапись или подтверждение состояния разрядов), а только один конкретно выбранный разряд, у остальных разрядов их состояния поддерживаются с помощью соответствующих RC-элементов, мажоритарных элементов и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достигнутого технического результата был собран и испытан в нормальных условиях макет заявляемого помехоустойчивого кольцевого счетчика в четырехразрядном варианте (см. фиг.1). Макет был реализован на микросхемах серии 564, резисторах C2-33H и конденсаторах К10-17. Сопротивления резисторов всех RC-элементов 19...23 были равны 100 кОм±5%, а емкости конденсаторов - 360 пФ±10%, то есть номинальное значение постоянной времени указанных интегрирующих RC-элементов было равно 36 мкс.

Испытания макета проводились в двух режимах работы счетчика - в режиме сброса и в режиме счета импульсов. При испытаниях счетчик сохранял свое текущее состояние при длительности импульсов на любой из шин управления (входной 24 и сброса 25) менее 25 мкс и четко функционировал в каждом из двух указанных режимов работы при длительности импульсов более 32 мкс.

Проведенные испытания макета показали работоспособность заявляемого кольцевого счетчика и подтвердили его практическую ценность.

Claims (1)

1. Помехоустойчивый кольцевой счетчик, содержащий пять элементов ИЛИ-НЕ, два инвертора, RC-элемент записи, анализатор состояния разрядов счетчика, группу из n RC-элементов записи, где n - четное число, равное количеству разрядов счетчика, входную шину и шину сброса, соединенную с первыми входами первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, вторые входы второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены соответственно с выходами четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ, первый вход четвертого элемента ИЛИ-НЕ соединен с входами RC-элемента записи и первого инвертора, выход которого соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ, вторые входы четвертого и пятого элементов ИЛИ-НЕ объединены, входы анализатора состояния разрядов счетчика соединены с входами соответствующих RC-элементов записи из группы RC-элементов записи, отличающийся тем, что в него введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мажоритарный элемент, группа из n элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и группа из n мажоритарных элементов, причем входная шина через второй инвертор соединена с вторым входом пятого элемента ИЛИ-НЕ и непосредственно - с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом анализатора состояния разрядов счетчика и с первым входом мажоритарного элемента, второй, третий входы и выход которого соединены соответственно с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, с выходом и входом RC-элемента записи, первые входы нечетных и четных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами соответственно второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, второй вход и выход каждого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входами соответствующего мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов, третий вход и выход каждого мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединены соответственно с выходом и входом соответствующего RC-элемента записи из группы RC-элементов записи, выход каждого нечетного мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединен со вторым входом последующего четного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход каждого четного мажоритарного элемента, кроме n-го, из группы мажоритарных элементов соединен с вторым входом последующего нечетного элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход n-го мажоритарного элемента из группы мажоритарных элементов соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ из группы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Images