Двоичный самосинхронный счетчик с предустановкой

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться при построении самосинхронных триггерных, регистровых и вычислительных устройств, систем цифровой обработки информации. Достигаемый технический результат - обеспечение самосинхронной предустановки счетчика в заданное состояние. Двоичный самосинхронный счетчик содержит n однотипных разрядов, схемы поразрядной индикации готовности входов начальной установки и окончания предустановки, выходы которых объединяются на гистерезисных триггерах, формирующих сигнал окончания предустановки в счетчике. 2 н. и 1 з.п ф-лы, 5 ил.

 

Двоичный самосинхронный счетчик с предустановкой относится к импульсной и вычислительной технике и может использоваться при построении самосинхронных счетных, регистрирующих устройств, систем цифровой обработки информации.

Известен двоичный самосинхронный счетчик [1], содержащий n разрядов на элементах И-НЕ и индикатор.

Недостаток известного устройства - отсутствие предустановки нуля и единицы.

Более близким к предлагаемому решению по технической сущности и принятым в качестве прототипа является самосинхронный двоичный счетчик с произвольным коэффициентом пересчета [2], содержащий n счетных триггеров без предустановки, каждый из которых состоит из семи элементов И-НЕ, и схему индикации окончания переходных процессов при переключении счетчика.

Недостаток прототипа - отсутствие средств начальной установки счетчика в требуемое состояние.

Задача, решаемая в изобретении, заключается в обеспечении самосинхронной предустановки счетчика в заданное состояние.

Это достигается тем, что в двоичном самосинхронном n разрядном счетчике, содержащем счетный вход, прямые и инверсные поразрядные информационные выходы, счетный выход, индикаторный выход, схему индикации окончания процесса переключения счетчика и n разрядов, каждый из которых состоит из шести элементов И-НЕ, первый и второй входы первого элемента И-НЕ подключены к выходам пятого и второго элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы второго элемента И-НЕ подключены к выходам первого и шестого элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы третьего элемента И-НЕ подключены к выходам первого и пятого элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы четвертого элемента И-НЕ подключены к выходам второго и шестого элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы пятого элемента И-НЕ подключены к выходам третьего и шестого элементов И-НЕ соответственно, третий вход пятого элемента И-НЕ подключен к счетному входу разряда счетчика, первый и второй входы шестого элемента И-НЕ подключены к выходам четвертого и пятого элементов И-НЕ соответственно, третий вход пятого элемента И-НЕ подключен к счетному входу разряда счетчика, счетный вход первого разряда подсоединен к счетному входу счетчика, а счетный вход второго и последующих разрядов подключен к выходу четвертого элемента И-НЕ предыдущего разряда, входы схемы индикации подключены к выходам третьих элементов И-НЕ всех разрядов и выходу четвертого элемента n-го разряда, прямые информационные выходы счетчика соединены с выходами вторых элементов И-НЕ соответствующих разрядов, инверсные информационные выходы счетчика соединены с выходами первых элементов И-НЕ соответствующих разрядов, счетный выход счетчика соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ n-го разряда счетчика, индикаторный выход подключен к выходу схемы индикации окончания процесса переключения счетчика, введены схема индикации готовности входов начальной установки счетчика, схема индикации окончания начальной установки счетчика, поразрядные входы установки единицы и нуля, вход разрешения предустановки, выход индикации окончания предустановки и новые конструктивные связи - третий вход четвертого элемента И-НЕ и четвертый вход шестого элемента И-НЕ в каждом разряде подключены к входу установки нуля соответствующего разряда, третий вход третьего и четвертый вход пятого элементов И-НЕ в каждом разряде подключены к входу установки единицы соответствующего разряда, входы схемы индикации готовности входов начальной установки счетчика подключены к источникам информации, записываемой в счетчик в качестве начального состояния, и сигналу разрешения начальной установки, а ее выходы соединены со входами установки нуля и единицы разрядов счетчика и входом схемы индикации окончания начальной установки счетчика, входы схемы индикации окончания начальной установки счетчика соединены со входами установки нуля и единицы разрядов счетчика и прямым и инверсным выходами разрядов счетчика, а ее выход подключен к выходу индикации окончания предустановки счетчика.

Предлагаемое устройство удовлетворяет критерий "существенные отличия". Использование схем индикации в двоичных самосинхронных счетчиках известно. Однако использование их в данном случае позволило достичь эффекта, выраженного целью изобретения.

Поскольку введенные конструктивные связи в аналогичных технических решениях не известны, устройство может считаться имеющим существенные отличия.

На фиг.1 изображена схема двоичного самосинхронного счетчика с предустановкой; на фиг.2 - схема индикации готовности входов начальной установки счетчика; на фиг.3 - схема индикации окончания начальной установки счетчика; на фиг.4 - схема индикации окончания переходных процессов при переключении счетчика.

Схема двоичного самосинхронного счетчика (фиг.1) содержит n однотипных разрядов 1₁ - 1_n счетчика, каждый из которых состоит из шести элементов И-НЕ 2-7, причем в каждом i-ом разряде, i=1, …, n, первый и второй входы первого элемента И-НЕ 2 подключены к выходам второго 3 и пятого 6 элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы второго элемента И-НЕ 3 подключены к выходам первого 2 и шестого 7 элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы третьего элемента И-НЕ 4 подключены к выходам первого 2 и пятого 6 элементов И-НЕ соответственно, третий вход третьего элемента И-НЕ 4 подключен к входу установки единицы 8_i, первый и второй входы четвертого элемента И-НЕ 5 подключены к выходам второго 3 и шестого 7 элементов И-НЕ соответственно, третий вход четвертого элемента И-НЕ 5 подключен к входу установки нуля 9_i, первый и второй входы пятого элемента И-НЕ 6 подключены к выходам третьего 4 и шестого 7 элементов И-НЕ соответственно, третий и четвертый входы пятого элемента И-НЕ 6 подключены к счетному входу 10_i разряда и входу установки единицы 8_i соответственно, первый и второй входы шестого элемента И-НЕ 7 подключены к выходам четвертого 5 и пятого 6 элементов И-НЕ соответственно, третий и четвертый входы шестого элемента И-НЕ 7 подключены к счетному входу 10_i и входу установки нуля 9_i соответственно, выход второго элемента И-НЕ 3 подключен к прямому информационному выходу 11_i разряда, выход первого элемента И-НЕ 2 подключен к инверсному информационному выходу 12_i разряда, выход третьего элемента И-НЕ 4 соединен с индикаторным выходом 13_i разряда, выход четвертого элемента И-НЕ 5 соединен со счетным выходом 14_i разряда, входы установки нуля 9_i и единицы 8_i всех разрядов счетчика подключены к соответствующим выходам 15_i и 16_i, i=1, …, n, схемы 17 индикации готовности входов начальной установки счетчика, счетный вход 10₁ первого разряда счетчика соединен со счетным входом 18 счетчика, счетный вход 10_i каждого из разрядов счетчика 1₂-1_n соединен со счетным выходом 14_i предыдущего разряда, входы 19_i и 20_i, i=1, …, n, схемы индикации 17 готовности входов начальной установки счетчика подключены к источникам сигналов установки единицы 21_i и нуля 22_i, i=1, …, n соответственно, записываемых в счетчик в качестве начального состояния, вход 23 схемы индикации 17 - к входу разрешения начальной установки 24, а ее индикаторный выход 25 соединен со входом 26 схемы индикации 27 окончания начальной установки счетчика, входы 28₁-28_n подключены к инверсным информационным выходам 12_i соответствующих разрядов счетчика, входы 29₁-29_n подключены к прямым информационным выходам 11_i соответствующих разрядов счетчика, входы 30₁-30_n подключены к входам установки нуля 9_i соответствующих разрядов счетчика, входы 31₁-31_n подключены к входам установки единицы 8_i соответствующих разрядов счетчика, а выход подключен к первому индикаторному выходу 32 счетчика, входы 33₁-33_n схемы индикации 34 окончания переходных процессов при переключении счетчика подключены к индикаторным выходам 13_i соответствующих разрядов счетчика, вход 33_n+1 схемы индикации 34 окончания переходных процессов при переключении счетчика подключен к счетному выходу 14_n n-го разряда счетчика 1_n, а выход схемы индикации 34 окончания переходных процессов при переключении счетчика подключен ко второму индикаторному выходу 35 счетчика, прямые 11_i и инверсные 12_i информационные выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими прямыми 36₁-36_n и инверсными 37₁-37_n информационными выходами счетчика, счетный выход 14_n разряда 1_n счетчика подключен к счетному выходу 38 счетчика.

Схема индикации готовности входов начальной установки счетчика (фиг.2) состоит из 2n элементов 2ИЛИ 39₁-39_n и 40₁-40_n, n элементов 2И-НЕ 41₁-41_n и n-входового гистерезисного триггера 42, первые входы элементов 2ИЛИ 39₁-39_n подключены к соответствующим источникам сигналов установки единицы 21_i, первые входы элементов 2ИЛИ 40₁-40_n подключены к соответствующим источникам сигналов установки нуля 22_i, вторые входы элементов 2ИЛИ 39₁-39_n и 40₁-40_n соединены со входом разрешения начальной установки 23, выходы элементов 2ИЛИ 39_i подключены к первым входам соответствующих элементов 2И-НЕ 41_i и к соответствующим выходам установки единицы 15_i, выходы элементов 2ИЛИ 40_i подключены ко вторым входам соответствующих элементов 2И-НЕ 41_i и к соответствующим выходам установки нуля 16_i, выходы элементов 2И-НЕ 41_i подключены к соответствующим входам гистерезисного триггера 42, выход которого соединен с индикаторным выходом 25.

Схема индикации окончания начальной установки счетчика (фиг.3) состоит из элементов 2ИЛИ-2И-НЕ 43₁-43_n и (n+1)-входового гистерезисного триггера 44, первый, второй, третий и четвертый входы элемента 2ИЛИ-2И-НЕ 43_i, i=1, …, n, соединены со входами 29_i, 30_i, 28_i и 31_i соответственно, а его выход подключен к i-му, i=1, …, n, входу гистерезисного триггера 44, (n+1)-ый вход которого соединен со входом 26, а выход - с выходом 45.

Схема индикации окончания переходных процессов при переключении счетчика (фиг.4) состоит из (n+1)-входового элемента И-НЕ, входы которого подключены к входам 33₁-33_n+1, а выход - к выходу 46.

Гистерезисный n-входовой триггер выполняет логическую функцию

G=I₁I₂…I_n+G(I₁+I₂+…+I_n),

где I₁, I₂, …, I_n - входы триггера, a G - его выход, n-входовой гистерезисный триггер допускает декомпозицию на произвольное количество гистерезисных триггеров с меньшим числом входов, объединение которых осуществляется также с помощью гистерезисного триггера. Например, 7-входовой гистерезисный триггер, имеющий логическую формулу:

G=I₁I₂I₃I₄I₅I₆I₇+G(I₁+I₂+I₃+I₄+I₅+I₆+I₇),

может быть реализован совокупностью из гистерезисных триггеров, описываемых формулами:

G₁=I₁I₂I₃I₄+G₁(I₁+I₂+I₃+I₄),

G₂=I₅I₆I₇+G₂(I₅+I₆+I₇),

G=G₁G₂+G(G₁+G₂),

Схема индикации окончания переходных процессов при переключении счетчика также допускает произвольную функциональную декомпозицию для реализации на более простых логических элементах без потери свойства самосинхронности.

Особенности данной схемы по сравнению с прототипом следующие.

Каждый разряд 1_i, i=1, …, n, счетчика помимо счетного входа, прямого и инверсного информационных выходов, индикаторного выхода и счетного выхода имеет входы начальной установки нуля и единицы, что позволяет записывать в счетчик требуемое начальное состояние перед началом или в процессе работы, а схемы индикации готовности входов начальной установки счетчика и индикации окончания начальной установки счетчика обеспечивают самосинхронность начальной установки счетчика. При этом для успешной записи начального состояния счетный вход счетчика должен находиться в состоянии логической единицы, а на вход разрешения предустановки счетчика нужно подать логический нуль.

Предустановка счетчика выполняется следующим образом. Работа счетчика в составе самосинхронного устройства обеспечивается некоторой схемой управления, формирующей счетный входной сигнал, входы предустановки и сигнал разрешения предустановки в соответствии с временной диаграммой, представленной на фиг.5 для двухразрядного варианта счетчика с установкой единицы в первом разряде и нуля во втором разряде. Линиями со стрелкой на конце показаны причинно-следственные зависимости между сигналами.

Предустановка выполняется после того, как счетный вход Т счетчика перейдет в состояние логической единицы (высокий уровень). До получения подтверждения успешного окончания предустановки схема управления должна поддерживать на счетном входе уровень логической единицы. Активным уровнем для сигналов предустановки единицы S_i и нуля R_i, i=1, 2, и разрешения предустановки Е является уровень логического нуля. Сигналы установки единицы S_i и нуля R_i формируются некоторым внешним устройством и время появления их активных уровней не регламентируется. Они могут поступать на входы схемы индикации готовности входов начальной установки счетчика в произвольный момент времени. Необходимым условием самосинхронности процесса установки является отсутствие изменения активного входа установки (S_i или R_i) в одном разряде после подачи активного уровня на вход разрешения Е начальной установки. Появление нулей на входах установки нуля и единицы одного разряда одновременно также запрещено. Схема управления инициирует начало предустановки подачей на вход разрешения Е низкого уровня. При этом на входах установки разрядов счетчика 8_i и 9_i формируются уровни сигналов, соответствующие входам предустановки единицы S_i и нуля R_i. В соответствии с заданными сигналами установки прямой и инверсный информационные выходы в каждом разряде счетчика устанавливаются в надлежащее состояние. Причем схема разряда счетчика построена таким образом, что последним по очереди переключается тот выход в каждом разряде, который должен принять значение логического нуля. Успешное завершение предустановки фиксируется индикатором счетчика - блоком 27 на фиг.1. Появление на его выходе Y₃₂ уровня логической единицы свидетельствует об окончании установки всех разрядов счетчика в требуемое состояние. Именно благодаря этому счетчик реализует самосинхронную предустановку. После этого схема управления снимает активный уровень с входа разрешения установки Е и разрешает продолжение работы счетчика в счетном режиме: вход Т может переключаться в состояние логического нуля. Одновременно схема управления разрешает устройству-источнику сигналов предустановки снимать активные уровни с входов предустановки единицы S_i и нуля R_i.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает самосинхронную предустановку заданного состояния счетчика. Цель изобретения достигнута.

Схема управления не является предметом заявки и может быть реализована произвольным образом.

Источники информации

[1] Самосинхронизация в СБИС и СБИС-системах: Аванпроект. Часть II. Теоретическое и практическое обоснование самосинхронизации в СБИС и СБИС-системах. / В.И.Варшавский, М.А.Кишиневский, А.Ю.Кондратьев и др. // Отчет о НИР «Ниверга-ВТК1» - М.: ПИИ «Научный центр», 1991. - рис.1.12.

[2] А.С. СССР №1538251, МКИ Н03К 23/66. Счетчик с произвольным коэффициентом пересчета / В.И.Варшавский, А.Ю.Кондратьев, Н.М.Кравченко, Б.С.Цирлин // Б.И. - 1990. - №3.

1. Разряд двоичного самосинхронного счетчика, содержащий шесть элементов И-НЕ, счетный вход, прямой и инверсный информационные выходы, индикаторный выход и выход счетного сигнала, причем первый и второй входы первого элемента И-НЕ подключены к выходам второго и пятого элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы второго элемента И-НЕ подключены к выходам первого и шестого элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы третьего элемента И-НЕ подключены к выходам первого и пятого элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы четвертого элемента И-НЕ подключены к выходам второго и шестого элементов И-НЕ соответственно, первый и второй входы пятого элемента И-НЕ подключены к выходам третьего и шестого элементов И-НЕ соответственно, третий вход пятого элемента И-НЕ подключен к счетному входу разряда счетчика, первый и второй входы шестого элемента И-НЕ подключены к выходам четвертого и пятого элементов И-НЕ соответственно, третий вход шестого элемента И-НЕ подключен к счетному входу разряда счетчика, прямой и инверсный информационные выходы подключены к выходам второго и первого элементов И-НЕ соответственно, индикаторный выход разряда подключен к выходу третьего элемента И-НЕ, а счетный выход подключен к выходу четвертого элемента И-НЕ, отличающийся тем, что в схему введены входы установки разряда в нуль и единицу и добавлены новые конструктивные связи - третий вход четвертого элемента И-НЕ и четвертый вход шестого элемента И-НЕ подключены к входу установки нуля, третий вход третьего и четвертый вход пятого элементов И-НЕ подключены к входу установки единицы.

2. Разряд двоичного самосинхронного счетчика по п.1, отличающийся тем, что в него введены вход разрешения предустановки, внешние входы установки единицы и нуля, выход индикации готовности входов установки, выход индикации окончания предустановки, два элемента ИЛИ, элемент И-НЕ и элемент ИЛИ-И-НЕ, причем первые входы первого и второго элементов ИЛИ подключены к внешним входам установки единицы и нуля соответственно, вторые входы элементов ИЛИ соединены со входом разрешения начальной установки, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу установки единицы разряда и первому входу элемента И-НЕ, выход второго элемента ИЛИ подключен к входу установки нуля разряда и второму входу элемента И-НЕ, выход которого соединен с выходом индикации готовности входов установки разряда, первый и второй входы первой группы входов ИЛИ элемента ИЛИ-И-НЕ подключены ко входу установки нуля и прямому информационному выходу разряда соответственно, первый и второй входы второй группы входов ИЛИ элемента ИЛИ-И-НЕ соединены со входом установки единицы и инверсным информационным выходом разряда соответственно, а выход элемента ИЛИ-И-НЕ соединен с выходом индикации окончания предустановки разряда.

3. Двоичный n-разрядный самосинхронный счетчик, построенный на однотипных разрядах и имеющий счетный вход, счетный выход, прямые и инверсные информационные выходы и выход индикации окончания переходных процессов при переключении счетчика, причем счетный вход счетчика подключен к счетному входу первого разряда, счетный выход счетчика соединен со счетным выходом последнего разряда, счетный вход каждого разряда, начиная со второго, подключен к счетному выходу предыдущего разряда, прямые и инверсные информационные выходы счетчика соединены с соответствующими информационными выходами разрядов счетчика, отличающийся тем, что в него введены входы поразрядной начальной установки нуля и единицы, вход разрешения предустановки, выход индикации окончания начальной установки счетчика, два гистерезисных триггера и элемент И-НЕ, а каждый разряд счетчика реализован по п.2, причем внешние входы установки нуля и единицы разрядов счетчика соединены с соответствующими поразрядными входами установки, вход разрешения предустановки счетчика соединен с входами разрешения предустановки всех разрядов счетчика, входы первого гистерезисного триггера подключены к выходам индикации готовности входов установки разрядов счетчика, входы второго гистерезисного триггера соединены с выходами индикации окончания предустановки разрядов счетчика и выходом первого гистерезисного триггера, а его выход - с выходом индикации окончания начальной установки счетчика, входы элемента И-НЕ подключены к индикаторным выходам всех разрядов счетчика и счетному выходу последнего разряда счетчика, а его выход - к выходу индикации окончания переходных процессов при переключении счетчика.