Реверсивное счетное устройство

 

(Я)5 G 06 И 3/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬВИЯМ

ОРИ Г1.!НТ СССР (21) 4622110/21 (22) 19.12.88 (46) 23.05.91. Вюл. У 19 (72) В,А.Вражнов и А.В. Вражнов (53) 621 . 374. 322 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1358091 кл. Н 03 К 23/56, G 06 И 3/14, 1 986.

Troynagle Н, An Introduction to computer logic, 1975,с.457, 458 н 477. (54) РЕВЕРСИВНОЕ СЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к устройствам разностного счета. Цель изобретения - упрощение реверсивного счетного устройства с коэфйицкентом пере-. счета по моцулю 21(1 ) 3). Реверсивное счетное устройство содержит входные лины 1 и 2 и реверсивиый счетный узел 3, каждый разряд 4-1...4-п которого содержит счетный триггер, элемент И и элемент ИЛИ. Различные коэАфициенгы пересчета получают введением различных обратных связей. В устройстве обеспечивается разностный подсчет объектов без использования каких-либо промежуточных формирователей сигналов управления счетным узлом. 2 табл. 3 ил.

1651302

Изобретение относится к устройст-. вам разностного счета (прямого, обратного или реверсивного) и может быть использовано в системах подсче-. та сигналов от датчиков для автоматического контроля при недвоичном коэфцициенте пересчета.

Цель изобретения — упрощение устройства.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг,2 .. — приме ры выполнения счетных разрядов для случая, когда используются триггеры с инверсными выходами; на фиг.3 — то

>ке, для случая, когда используются триггеры с прямыми выходами.

На фиг.1-3 приняты следующие обо-, значения: 1 — первая входная шина или первый датчик; 2 — вторая входная шина или второй датчик; 3 — счетный узел, содержащий счетные разряды по

1одулю 21 4-1:4-п.

Реврсивное счетное устройство содер>кит первый 1 и второй 2 датчики и реверсивный счетный узел 3, каждый разряд 4-.1...4-п которого содержит счетный триггер 5-1...5-п элементы

И 6-1...6-п, элементы ИЛИ 7-1 ...7-п.

Выход элемента ИЛИ 7-i соединен с первым входом элемента ИЛИ 7-(>+1) следующего разряда, второй вход элемента ИЛИ 7-i соединен. с выходом И

6-i .данного разряда 4-i первый и второй входы которого соединены соотВетственно с выходом первого датчика

1 и выходом счетного триггера 5-i данного разряда, счетный вход которо- го соединен с первым входом элемента

ИЛИ 7-i данного разряда, который в первом разряде 4-1 соединен с выходом второго датчика 2 °

Выходы датчиков 1 и 2 представляют собой шины частичного 8 и полного 9 обращения. Одновременное действие сигналов на шинах 8 и 9 эквивалентное действию сигнала только на шине 9.

Выход элемента ИЛИ 7-и является выхо дом 10 счетного разряда.

В устройстве использованы триггеры, переключающиеся по заднему фронту единичных сигналов, поступающих на их счетные входы, Для достижения поставленной цели в каждой группе из последовательно соединенных разрядов (на фиг.2 и 3 группа разрядов для случая, когда m=5, включающая в свой состав разряды

4-1 .. .4-5) выход элемента ИЛИ 7-5 ного устройства с коэффициентом пере1 счета 21,, где 1 — нечетное число (вплоть до 21=?4) . В эту таблицу не

45 вошли коэфйициенты пересчета 2, 4, 6, 8, 16, 32, 64, так как они реализуют-.. ся известными устройствами без обратных связей, В эту таблицу не вошли также коэффициенты пересчета 12 =

= 2лб, 20 = 2х10, 24 = 2х2л6, 28

= 2 «14, 36 = 2«18; 40 = 2л 2л10, 44 = 2«22, 48 = 2х 2к 12; 52 = 2л26; 56 = 2 л2х14, 60 =

= 2 30, 68 = 2«34, 72 = 2» 2л18, так как они реализуются по сомножителям, которые либо входят в табл.1, либо являются целой степенью числа 2, реализуемой без обратных связей.

Пользуясь приведенным правилом, эта таблица может быть продолжена до

10 !

40.старшего m-го (5-го 4-5) соединены с,. введенными третьими входами части из первых K (К=З) младших разрядов этой группы, а именно с введением третьими входами элементов И 6-1 и 6-3 соответственно первого 4-1 и третьего 4-3, разрядов. При этом коэффициент пересчета такой группы разрядов равен 22.

Число m разрядов, необходимое для реализации коэффициента пересчета 21 (где 1 — нечетное число), в общем случае выбирается по ближайшей большей степени числа 2. Например, для нашего случая, когда 21 = 22, ближайшая целая степень числа 2 равна 32.

Следовательно, потребное число разря- дов равно 5, так как 32 = 2

Младшие разряды, на "введенные третьи входы элементов И которых организуется обратная связь с выхода элемента ИЛИ щ-го разряда, определяется по разности 2 -1, переведенной в

m-1 двоичный код. Обратная связь организуется на те разряды разности 2 -1, представленной в двоичном коде, которые содержат 1, например, для нашего случая когда m=5, а 1=11 2 -1 =.5. Л- 1

Число 5, переведенное в двоичный код, записывается как 101 (2 = 1, 2 = О, о 1

2 = 1);. Следовательно, обратная связь организуется на введенные входы элементов И разрядов 4-1 (2 ) и 4-3 (2 ). о 2

Не следует забывать, что при этом . пересчет. импульсов осуществляется в

>т>-5 коде с избытком 2 -1 по кольцу из

21 состояний (для нашего случая в коде с избытком 5 по кольцу из 22 состояний).

В табл.1 приведены данные, необходимые для синтеза реверсивного счет6

I 302

5 165 ро . Таким образом, предлагаемое ре-. версивное счетное устройство позволяет осуществлять счет по любому четному модулю.

Работа устройства основана нй операциях полного обращения, нулевого частичного обращения и единичного частичного обращения.

Операция полного обращения осуществляется в устройстве по окончании действия сигнала на шине 9 полного обращения. При этом с появлением сигнала на шине 9 полного обращения этот сигнал по цепи последовательно соединенных элементов ИЛИ 7-.1...7-п всех счетных разрядов 4-1...4-п поступает на счетные входы триггеров 5-.1...5-п всех счетных разрядов. Так как триггеры 5-.1...5-п переключаются по заднему Аранту сигналов, поступающих на их счетные входы, то переключения триггеров 5-1 ...5-и при этом не происходит. Так как на первь«х входах элементов ИЛИ 7-1 ...7-п сигналы отсутствуют, то па окончании действия сигнала на шине 9 полного обращения сигналы на счетных входах триггеров 5-1...

5=п всех 4-1...4-п счетных радар««дав исчезают, чта обусловливает переключение триггеров 5-1...5-п всех

4-1 ° ..4-п счетных разрядов в проти- . воположное состояние.

Операция нулевого частичнога обращения предусматривает использоВание. триггеров 5--1...5-п, у которых сиг««ал на выходе сигнала переноса присутствует, если триггер хранит нулевое значение (фиг.1), и осуществляется следующим образом. С появлением сигнала на шине 8 частичного обращения ан поступает на входы элементов

И 6-1 ...6-и всех 4-1...4-п счетных разрядов. Действие этого сигнала проявляется на выходах элементов И только тех счетных разрядов, триггеры которых хранят нулевое значение. С выхода элемента И самого первого, начиная с младшега, разряда, хранящего нулевое значение, сигнал поступает на вход элемента ИЛИ этого счетного разряда, Далее па цепи последовательно соединенных элементов ИЛИ сигнал поступает на счетные входы триггеров всех счетных разрядов, следующих à самым первым, начиная с младшего, счетным разрядом, хранящю нулевое значение. i, Так как триггеры переключаются по заднему франту сигналов, поступающих на их счетные входы, то переключение при этом не происходит. Па окончании действия единичного сигнала на шине 8

5 частичного обращения сигналы на счетных входах триггеров всех счетных разрядов, следующих за c««M«N первым, начиная с младшего, счетным разрядом, хранящим нулевое значение, становятся !

О нулевыми и триггеры этих счетных разрядов переключаются в противоположное состояние.

Операция единичного частичного обращения предусматривает использование триггеров 5-1...5-п, у которых сигнал на выходе переноса присутствует, если триггер хранит единичное значение (фиг.2), и осуществляется следующим образам. С появлением сигнала на шине

20 8 частичнога обращения он поступает на входь1 элементов И 6-1...6-п всех

4-!...4-и счетных разрядов. Действие этага сигнала проявляется на выходах элементов И только тех счетных разря25 дов, триггеры которых хранят единичное значение. С выхода элемента И са.мого первого, начиная с младшего, счетного разряда, хранящего единичное значение, сигнал поступает на вход

30 элемента ИЛИ этого счетного разряда.

Далее по цепи последовательно соединенных элементов ИЛИ сигнал поступает на счетные входы триггеров всех счетных разрядов, следующих за самым первым, начиная с младшего, счетньм раз35 рядом, хранящим единичное значение.

Так как триггеры 5-!...5-и переключа. ются па заднему фронту сигналов, поступающих на их счетные входы,.то пере40 ключение триггеров при этом не, происходит. По окончании дейс1вия единичного сигнала на шине 8 частичного обращения сигналы на счетных входах триггеров всех счетных разрядов, сле45 дующих за самым первым,.начиная с младшего, счетным разрядом, хранящим единичное значение, становятся нуле вым и триггеры этчх счетных разрядов переключаются в противоположное сос50 таяние.

Различие в работе счетного устройства при выполнении операций нулевого и единичного частичного обращения обусловлено разнотипностью применяемых

55 для реа изации этих опеРаций тригге-, ров. Ксли устройство предусматривает (фиг.2) операции нулевого частичного и полного обращения, то для увеличения модуля хранимого в счетном уст-.-

1651302 ройстве результата необходимо подать сигнал вначале на шину 8 частичного, а затем на шину 9 полного обращения, а для уменьшения модуля хранимого в счетном устройстве результата необходимо подать сигнал вначале на шину

9 полного, а затем на шину 8 частичного обращения, Если устройство предусматривает (Лиг.З) операции единичного частичного и полного обращения, то для увеличения модуля хранимого в счетном устройстве результата необходимо подать сигнал вначале на шину 9 полного, а затем на шину 8 частичного обращения, а для уменьшения модуля хранимого в счетном устройстве результата необходимо подать сигнал вначале на шину 8 частичного, а затем на шину 20

9 полного обращения.

При этом длительность сигнала должна превышать время его распростране|

,íèÿ по логическим элементам устройства. Длительность паузы между входными 25 сигналами должна превышать время переключения триггеров и время возвращения логических элементов устройства в исходное состояние.

Так как двойное частичное или двой-ЗО ное полное обращение результата, хранимого в счетных разрядах, не приводит к изменения этого результата, то после поступления двух сигналов на одну из шин 9 или 8 устройства, результат, хранимый в его счетных разрядах, остается прежним.

Перечисленные особенности в работе счетного устройства обусловливают возможность применения его совместно 40 с двумя датчиками 1 и 2 без каких-либо.промежуточных между датчиками и

° счетным устройством элементов для по подсчета предметов, объектов, частиц, меток, рисок и т.д. При этом возможен 4 подсчет как их количества, если они движутся относительно датчиков в одном направлении (суммирование, вычитание), так и разности в их количестве, если они движутся относительно датчиков в двух противоположных направлениях. Реализация любого иэ этих вариантов (суммирование, вычитание, реверсивный счет) однотипна. Достаточно на две соответствующих шины 8 и 9 устройства подать сигнал с выходов двух датчиков 2 и I. При Аикса— ции объекта (предмета, частицы, метки, риски и т.д.) дважды одним и тем же датчиком (соответствующий объект зашел за зону действия одного датчика, не дошел до зоны действия другого датчика и вернулся) результат в предлагаемом счетном устройстве остается неизменным.

Пусть в разрядах содержится исходный результат 11 .. ° 01 01, содержимое самого младшего разряда указано справа, а самого старшего — слева.

Для увеличения содержимого разрядов (AHF,I) на единицу проводят сначала операция нулевого частичного обращения исходного результата. Получают в разрядах промежуточный результат

00...1 001 . С полученным промежуточным результатом осуществляют операция полного обращения. Получают в разрядах окончательный результат 11 ...011 О, на единицу больший исходного. Для уменьшения содержимого разрядов на единицу проводят с исходным результатом 11...

01 01 сначала операцию полного обращения. Получают в разрядах промежуточный результат 00...1 010. С полученным промежуточным результатом осуществляют операцию нулевого частичного обращения, Получают в разрядах окончательный результат 11...01 00, на единицу меньший исходного.

Для увеличения содержимого разрядов (фиг.2) на единицу проводят сначала операцию полного обращения исходного результата 11 ...01 01 . Получают в разрядах промежуточный результат 00...

1010 ° С полученным промежуточным результатом осуществляют операцию еди-.. ничного частичного обращения. Получают .в разрядах окончательный результат

II1...011 О, на единицу больший исход ного. Для уменьшения содержимого разрядов на единицу проводят с исходным результатом 11...01 01 сначала опера-... цию единичного частичного обращения.

Получают в разрядах промежуточный результат 00...1011. С полученным промежуточным результатом осуществляют операция полного обращения, Получают в разрядах окончательный результат 11.. „

01 00, на единицу меньший исходного.

При увеличении содержимого 11 ...

1111 счетных разрядов на единицу окон" чательным состоянием разрядов является состояние 00...0000. Цри уменьшении содержимого ОО...СООС разрядов на единицу окончательным состоянием является состояние 11...1111.

9 l 651 302 10

Таким образом, осуществляется разностный подсчет объектов по модулю 2@ т.е. в двоичном коде.

Отличие в работе предлагаемого устройства заключается в том, что калщая группа из m разрядов работает по своему (в общем случае различному) кольцу состояний. Перед началом работы триггеры тех разрядов, котооые содер- 10 жат элементы И с введенными третьими авходами, устанавливаются в едйничное состояние, а остальные триггеры — в нулевое.

Например, для случая на фиг,2 и 3 в группе из m = 5 разрядов триггеры

5-1 и 5-3 перед началом работы устанавливаются в единичное состояние, а остальные — в нулевое.

Последующая .работа группы из m=5 разрядов на фиг.1 и 2 поясняется табл.2 переходов. В табл.2 "i" обозначено включенное, а "0" — выключенное состояние соответствующих триггеров для каждого из условия состояний 25 группы. Так как пересчет осуществляется в коде с избытком 5, то условное состояние группы всегда на 5 меньше двоичного веса, записанного в разрядах 4-1...4-5. 30

В соответствии с таблицей переходов группа из m=5 разрядов 4-1...4-5 осуществляет пересчет по кольцу из

22 условных состояний, пронумерованных от 0 до 21. При этом обеспечива- 35 ется формирование сигналов переноса на счетные разряды следующих групп при переходе из 21-ro состояния в

0-е при прямом счете и при переходе из 0-го состояния в 21-е при обратном 0 счете. При любых других переходах сигнал дважды формируется на выходе 1 0 элемента ИЛИ 7-5, обеспечивая двойное полное обр щение последующих разрядов, в результате чего они остаются в том же состоянии, что и до поступления сигналов. При указанных перехо:— дах (из 0 в 21 состояние и наоборот) действие сигнала на шине 9 приводит к полному обращению следующих за группой разрядов, а действие сигнала на шине

8 — к частичному (нулевому частиччому на фиг.2 и единичному частичному на фиг. 3) обращению следую..".их за группой разрядов. Этим и обес.- чивается фсрмирование сигналов переноса и;. следующие за группой разрядь.. формула изобретения

Реверсивное счетное устройство, содержащее первую и вторую входные шины и счетный узел, каждый счетный разряд по модулю 21 (1Ъ 3, нечстное, в общем случае раз.,ичное для каждого разряда) которого содержит m сче.ных триггеров, элементов И и элементов ИПИ (n — наименьшее число, fn- i удовлетворяющее условию 1. 0 2 ), выход каждого K-ro (K=1,2,,m) счетного триггера соединен с первым входом К-ro элемента И, выход которого соединен с первым входом К-го элемента ИЛИ, выход которого (кроме ш-го) соепинен сс счетньм входом (К+1)-го счетного триггера, второй вход первого элемента И является первым входом счетного разряда, счетнь1й aõoä первого -.счетного триггера является вторым входом счетного разряда, выход m-го элемента ИЛИ является выходом счетного разряда и соединен с вторым входом следующего счетного разряда, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, счетный вход К-го счетного триггера соединен с вторым входом К-го "лемента ИПИ, второй вход первого элемента И соединен с вторыми входами второго и последующих элементов И, выход m-ro элемента ИЛИ соединен с "ретьими входами тех элементов

И, номера которых совпадают с номерами единичных позиций числа 2 -1, представленного в двоичном коде, где младшая позиция двоичного числа считается первой, первые входы всех счетных разрядов соецинены с первой входной шиной, а второй вход первого счетрого разряда — с второй входной шиной.

l65l302!

2 блица 1

2 -1 в десятичн ом коде

Козий@и- 1 циент пересчета 21

Обратная связь

На третьи входы злементов И разрядов

С выхода элемента ИЛИ разряда

2 2 2 2 2

3 3

5 4

7 4

9 5

11 5

13 5

15 5

17 6

19 6

21 6

23 6

25 6

27 6

29 6

31 6

33 7

35 7

37 7

Таблица 2 фиг. 2

Условный фиг, Переключение по окончании сигнала на входе номер состояния группы

Пер еключение по оконСигналы выходах

Сигналы на прямых выходах триггеров на прямых триггеров чании сигна ла на входе

1 I

5-5 5-4 5-5 5-2 5-1

5-5 5-4

1 0 1

О 1 0

О 0

0 О

t 1

О О

1 1

0 1

1 О

О 1

1 О

О I

1 О

0 1

1 О

О 1 О

О 1

I О

1 О

О 1

1 1

О 0

0 0

8 .9

9

9

8 .9

9

9

9

9

6

1 4

18

22

26

34

38

42

46

54

58

62

66.

О О

1 1

0,0

1, I

О О

1 О

О 1

О

О 1

i О

О 1

1 0

О 1

1 О

О 1

О

О 1

1 О

3

7

3

1 5

1 3

l I

7

3

3 1

2 9

2 9

О

О

О О

О

О ит-

2 -1 в двоичном коде

111

1 О 1

111

110,1 011

1001

111

1 О

I 1

11111

11101

11011

0 1 О

О 1

I О 1

О О

1 1 2

1 1

О 0 2

1 О

О 1 4

О

1 О 5

О 0

1 1 6

1 1

О О 7

О

О 1 8

0 1

2з

2з

2Ф

Д

2

2

2

2

2

2

5-3 5-2 5-1

1 1

0 1

1 0

I О

О 1

1 1

0 О

0 О

I 1

О

1 О

9

9

9

9

9

9

9

9

9

14

Продолжение табл

1651302 фиг. 2

Условный фиг. 3 номер состояния

Сигналы на прямых выходах триггеров

Сигналы на прямых выходах триггеров группы

5-5 5-4 5-5 5-.2 5-1

5-5 5-4 5-3 5-2 5-1

12

15

17

2f

Переключение по окончании сигнала на входе

8 °

8

8

8

I 8

8

8

8

8

8

8

8

8

9 г 1

1 О О

О 1 1

О 1 1

1 О О

О 1 1

1 О О

0 1 1

t О О

0 I 1

О 0

0 1 О

О

О 1 0

1 О 1

О 1 О

1 О 1

0 1 О

1 о г

О О

О

О О 1

1 О

О О

1 1 О

1 1, О

1 О

О 0

1 1

1 1

О О

1 О

О 1

О 1

1 О

О О

1 1

0 0

1 0

0 1

0,1

1 О

О О

1 1

1 г

О О г о

О 1

О 1

О, О

О 1 1

1 О О

О 1 1

1 О О

1 О О

0 1 f

О О о г г

1 0 0

О 1

1 О . О

О 1 1

1 О 1

О 1 О

1 О 1

О 1 О

1 О

О 1 О

1 О 1

0 1 О

1 1 О

О О 1

1 1 О

О О г г о

О О 1

1 0

О 1

1 1

О О

0 О

О г О

О

О 1

0 О

О О

1 г

О 1

1 0

t О

О 1

1 1

О 0

0 О

1 1

0

1 О

Переключение по окончании сигнала на входе

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

8

1651 302

Составитель О.Скворцов Ф Редактор В,Бугренкова Техред М.Дидык Корректор Н,Ревская

Заказ 1 608 Тираж 391 Подписное

ЗНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101