Двоичный счетчик

ОЮЗ СОВ ОЦИАЛИСРЕСПУБЛ ТСНИХИЧЕСНИХ 0126 А 4 Н 03 К 21 1 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ.1984. В 36 льство ССС23/58,54)57)ой нымМо ии из троист вывод Ю.1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ДВОИЧНЫЙ СЧЕТЧИКИзобретение относится к импульс- технике и является дополнительизобретением к авт.св.Р 1150758, т быть использовано при построетельных и вычислительных критичных к задержкельтатов счета входных импульсов. Целью изобретения является уменьшение времени регистрациисчетчика. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительновведены выходной регистр 1 и элементИЛИ-НЕ 2, Кроме того устройство содержит следующие основные блоки иэлементы; вспомогательный счетчик 3,регистры 4,12 и 20, триггеры 7, 16и 24, блоки 8 и 15 вычисления последующего кода, параллельные регистры 10, 19 и 27, группу 4 триггеров,группу 22 счетных триггеров, счетчик 23. В описании изобретения приводится пример выполнения двоичногосчетчика на 0-триггерах и временные диаграммы, поясняющие его работу. 1 табл. 4 ил,1 126110Изобретение относится к устройствам счета импульсов и может бытьиспользовано при построении измерительных и вычислительных устройств,критичных к задержке вывода результата счета входных импульсов,Недостатком известного двоичногосчетчика является сравнительно большое время регистрации. Время междупередним фронтом входного импульса 10и моментом установления кода на выходах счетчика равно двум задержкамтриггера и практически не зависитот разрядности счетчика,Цель изобретения - уменьшение 15времени регистрации счетчика,На фиг.1 и фиг,2 схематическипредставлен предлагаемый двоичныйсчетчик, примеры выполнения; нафиг.3 - последовательный счетчик 20на В-триггерах, пример выполнения;на фиг.4 - временная диаграмма работы двоичного счетчика.Двоичный счетчик (фиг.1) содержитвыходной регистр 1, элемент ИЛИ-НЕ 225и вспомогательный счетчик 3, структура которого полностью совпадает сизвестным устройством. Вспомогательный счетчик 3 содержит первый регистр 4 результата, выходы 5 которого являются выходами вспомогательного счетчика 3, а вход 6 младшегоразряда, который выполнен на счетном триггере 7, - входом вспомогательного счетчика 3. Кроме того, 35вспомогательный счетчик 3 содержитпервый блок 8 вычисления последующего кода, выходы которого соединены свходами всех разрядов регистра 4,кроме входа 6 младшего разряда.Прямой выход триггера 7 соединен суправляющим входом 9 блока 8.Регистр 4 результата во всехразрядах, кроме младшего, выполненв виде параллельного регистра 10,синхронизирующий вход 11 которогосоединен с инверсным выходом триггера 7. Выходы 5 вспомогательного счетчика 3 соединены с входами выходногорегистра 1, Счетный вход 6 вспомогательного счетчика 3 соединен с вы"ходом элемента ИПИ-НЕ 2, йервый вхоДкоторого соединен с синхронизирующим входом выходного регистра 1 иявляется счетным входом 28 двоичного счетчика. Второй вход 29 элемента ИПИ-НЕ 2 является входом начальной установки двоичного счетчика,выходы 30 регистра 1 являются выходами двоичного счетчика,Счетчик, показанный на фиг,2,содержит выходной регистр 31, элемент ИЛИ"НЕ 32, счетные триггеры33-35, последовательный двухразрядный счетчик 36 и регистры 37-39 с пераллельным приемом информации. Первый вход элемента ИЛИ-НЕ 32 соединенс синхронизирующим входом регистра 31 и является счетным входом 40счетчика, Второй вход 41 счетчикаявляется входом его начальной установки. Инверсные выходы триггеров33-35 соединены с входами синхронизации регистров 37 и 39, Прямой выход триггера 33 соединен с входом 40 Блок 8 содержит второй регистр 12 результата, выходы которого являются выходами блока 8, а вход младшего разряда 13 группы 14 счетных триггеров, которые соединены последовательно, соединен с входом 9 блока 8.Кроме того, блок 8 содержит второй блок 15 вычисления последующего кода, выходы которого соединены с входами всех разрядов регистра 12, кро 7 гме входов группы 14 счетных триггеров, которые соединены последовательно, Прямой выход триггера 16 старшего разряда группы 14 триггеров соединен с управляющим входом 17 блока 15. Инверсный выход триггера 16 соединен с синхронизирующим входом 18 параллельного регистра 19 остальных разрядов регистра 12.Блок 15 содержит третий регистр 20 результата, выходы которого являются выходами блока 15, а вход 21 младшего разряда группы 22 счетных триггеров, которые соединены последовательно,соединен с входом 17 блока 15. Блок 15 содержит третий блок вычисления последующего кода, выполненный по схеме счетчика 23 с последовательным переносом, выходы которого соединены с входами всех разрядов регистра 20, кроме входов группы 22 счетных триггеров, которыесоединены последовательно, этогорегистра. Прямой выход триггера 24старшего разряда группы 22 соединенсо счетным входом 25 счетчика 23. Инверсный выход триггера 24 соединенс синхронизирующим входом 26 параллельного регистра 27 остальных разрядов регистра 20,13 12611мпадшего разряда регистра 31 и сосчетным входом триггера 34, прямойвыход которого соединен с входоммладшего разряда регистра 37 и сосчетным входом триггера 35, Прямойвыход триггера 35 соединен с входоммладшего разряда регистра 38 и сосчетным входом двухразрядного счетчика 36, Счетчик 36 и регистры 39,38, 37, 31 соединены последовательно. Выходы регистра 31 являются выходами счетчика,На фиг,3 показан пример выполнения группы 22 счетных триггеров,которые соединены последовательно 15в виде группы В-триггеров 42, которые соединены последовательно, вкаждом из которых инверсный выходсоединен с 0-входом и с входом синхронизации триггера следующего разряда.На фиг.4 приведены временные диаграммы, поясняющие работу счетчика,показанного на фиг.1. Эпюры 43-53соответствуют сигналу Г и сигналамв точках Я,-Я, схемы, приведеннойна фиг.1. Работа счетчика основанана предварительном формировании"заготовок" последующих кодов идальнейшем их использовании при возникновении условий переноса. Эти"заготовки" формируются в "свободное" время и поэтому задержка распространения переноса скрыта отпользователя, вследствие чего время 35между положительным фронтом сигналана входе 28 счетчика и моментом установки кода на всех его выходах 30равно одной задержке триггера и независит ни от текущей кодовой комбинации, ни от числа разрядов счетчика.Работа вспомогательного счетчика 3.45. Пусть в исходном состоянии все триггеры, входящие в состав счетчика 3 (т,е. все разряды всех его регистров и внутренних счетчиков) находятся в нулевом состоянии. Цепи сброса на фиг.1 не показаны. Пусть задержка срабатывания любого тригге ра составляет 207 от длительности периода Т входных импульсов, поступающих на вход 6 что соответствует наиболее "тяжелому" режиму работы счетчика 3 данной конфигурации (фиг. 1) Максимально допустимая частота повьппается с уменьшением разрядности 07 4группы 14 счетных триггеров при правильном выборе числа триггеров вгруппе 22,При поступлении на вход 6 положительного фронта первого импульса, навыходе Я, триггера 7 формируетсясигнал логической "1" (с элементарнойзадержкой, равной одной пятой частипериода Т). Положительный фронт сигнала в точке 9 переводит триггермладшего разряда 13 в единичное состояние, подготавливая тем самым заготовку" последующего кода "2" в регистре 12, При окончании входного импульса состояние счетчика 3 не изменяется.При поступлении на вход 6 второгоимпульса триггер 7 возвращается внулевое состояние, при этом на входе 11 регистра 10 формируется сигнал логической "1". Положительныйфронт сигнала на входе 11 производитперепись заранее подготовленногокода из блока 8 в регистр 10, Состояние триггеров блока 8 в это времяявляется стабильным, что исключает "гонки". Таким образом, на выходы 5 подается необходимый код "2".Задержка формирования этого кодаотносительно начала второго импульса на входе 6 определяется суммойзадержек триггера 7 и триггера соседнего разряда регистра 10 (путь 6-7-13прОйден заранее, при воздействиина вход 6 первого импульса, когда необходимости в переносе еще не было),При поступлении на вход 6 третьего импульса на выходе Я вновь1формируется сигнал логической "1",а в группе 14 триггеров формируетсякод 010 - "заготовка" для числа "4",которая переписывается в регистр 10при поступлении на вход 6 четвертогоимпульса и т.д.При поступлении на вход 6 седьюго импульса, как видно из диаграммы (фиг,4), срабатывает цепочка6-7-13-16-21, в результате чего врегистре 20 формируется "заготовкавторого порядка" для числа "1.6", которая в нужные моменты времени передается в регистр 12, а затем черездве элементарные задержки от началашестнадцатого импульса - на выходы 5счетчика 3. При поступлении логической "1" с выхода прямого плеча триггера 24 на вход 25 счетного регистра 23 в нем производится вычисление новой "заготовки третьего поряд5 О 55 5 12611ка", которая в дальнейшем, в строгопредопределенные для этого моментывремени, продвигается к выходам устройства.Таким образом, в счетчике 3 постоянно, на разных уровнях, ведется"скрытая работа" по вычислению очередного кода и поэтому задача ускоренного распространения переноса подменяется простой переписью готового 1 Орезультата в выходной регистр,Максимальное число разрядов вгруппе 14 триггеров выбирается исходя из следующего.За время существования единичного 5сигнала в точке 9 нужно успеть пройти по цепи: 13-16-18-19, т.е, преодолеть четыре элементарные задержки с тем, чтобы к моменту записи врегистр 10 (т.е. к моменту исчезно Овения единичного сигнала в точке 9),его входная информация уже установилась (с временным запасом), большим или равным элементарной задержке). Из этого следует, что при указанном ранее соотношении периода Ти элементарной задержки разрядность группы 14 триггеров должнабыть меньшей или равной трем. Приразрядности группы 14 триггеров, равной единице, максимально допустимаячастота работы счетчика 3 повышается. При этом задержка триггера в предельном случае может составлятьЗЗ,ЗЕ от периода Т импульсов на 35входе 6,Максимальное число разрядов группы 22 триггеров определяется аналогично, За время существования единичного сигнала в точке 17, т,е, за 40сорок элементарных задержек (фиг.4эпюраЯ, условие Я, с учетом выбранного соотношения 1:5) можнопройти через тридцать восемь разрядов группы 22 триггеров, через 45один разряд, регистра 27 и иметь взапасе одну элементарную задержку,как и ранее. Принимая разрядность группы 14 триггеров равной трем и разрядность группы 22 триггеров равной тридцати восьми, получают, что длительность положительного импульса в точке 25есоставляет 2 . Т, откуда максимально допустимая разрядность счетчика 23 составляет (5 2 -1) каскадов, Этот результат приведен для того, чтобы показать, что при использова 07 6нии однотипных по быстродействиютриггеров число ярусов не превышаетчисла, показанного на фиг.1, Из этого также следует, что по мере снижения от яруса к ярусу, можно использовать все более "медленные" логические элементы.В таблице показаны все возможные состояния элементов 33-39 5-разрядного двоичного счетчика, приведенного на фиг,2,В исходном состоянии (верхняястрока таблицы) все элементы 33-39счетчика сброшены, По положительномуфронту первого входного импульса(строка "1" таблицы) устанавливаются в единичное состояние триггеры33-35 и триггер младшего разрядасчетчика 36, При поступлении второгоимпульса триггер 33 сбрасывается внулевое состояние, состояние триггера 34 не изменяется, а код с выходатриггера 34 и регистра 38 переписывается в регистр 37. В момент поступления 25-го импульса (см. выделенные строки в таблице) срабатываетсамая длинная цепь: 33-34-35-36.При этом, однако, перенос распространяется "вглубь" структуры и влияет лишь на значения "заготовок", невызывая при этом необходимости "выжидания" его распространения по указанной цепи.Выше рассмотрена работа вспомогательного счетчика 3 (фиг.1) и соответствующих элементов в примере,показанном на фиг.2. Показано, чтовспомогательный счетчик имеет времярегистрации, равное двум задержкамтриггера.Введение дополнительных элементоввыходного регистра 1 и элементаИЛИ-НЕ 2 - позволяет уменьшить время регистрации до одной задержкитриггера.Устройство в целом работает следующим образомВ исходном состоянии на счетномвходе 28 (40) и на входе начальной установки 29 (41) присутствуютлогические "0", а все элементы устройства - триггеры, регистры - сброшены (цепи с.броса на фиг.1-3 не показаны с целью их упрощения).Перед началом работы счетчика необходимо искусственно создать первую"заготовку" (код 0001) на входахвыходного регистра 1(31). Для этогона вход 29(41) подается однократный8 1107 Ю а а а а аЯ 1 1 2 3 4 5 6 в в в с с с Й Й з 7 8 9 10 112 13 14 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 3 0 О. 01 0 0 1 0 0 0 1 0 4 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 00 5 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 7 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 8 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 9 0 1 0 0 1 0 . 1 0 1 0 1 10 0 1 0 1 О 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 7 126 положительный импульс начальной установки. По заднему фронту этого импульса формируется положительный фронт сигнала Г, который вызывает прибавление единицы к старому (нулевому) содержимому вспомогательного счетчика-. При этом устанавливаются в единичное состояние триггеры 7, 13, (33,34,35 и младший разряд счетчика 36). Установка в единичное состояние указанных триггеров может производиться другим путем - одновременно со сбросом остальных разрядов на этапе первоначального сброса.При поступлении на вход 28(40) положительного фронта первого импульса "заготовка" 0001 переписывает- ся в регистр 1(31) с задержкой, равной одной задержке триггера, При окончании первого импульса срабатывает вспомогательный счетчик и на его выходах с задержкой, равной двум задержкам триггера (от момента формирования положительного фронта сигнала Г), формируется новая "заготовка", которая при поступлении положительного фронта следующего импульса на вход 2840) вновь переписывается в регистр 1(31) и т.д. 6 0 0 1 1 0 0 0 Использование выходного регистра и элемента ИЛИ-НЕ позволяет уменьшить время регистрации двоичного счетчика в два раза. Зто достигается за счет того, что входной счетный импульс воздействует непосредственно на синхронизирующий вход выходного регистра. Формула изобретения Двоичный счетчик по авт,св,У 1150758, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью уменьшения временирегистрации, в него дополнительновведены выходной регистр и элементИЛИ-НЕ, вход синхронизации выходногорегистра соединен с счетным входомдвоичного счетчика, элемент ИЛИ-НЕвключен между счетным входом двоичного счетчика и счетным входом триггера младшего разряда, другой входэлемента ИЛИ-НЕ является входом начальной установки двоичного счетчи 25,ка, выходы первого регистра резуль"тата соединены с входами выходногорегистра выходы которого являются выходами двоичного счетчика.12611 07 97 ие,1 остави хред Л ь О.Скворцовейник Корректор О.Луговая Редактор С,Лисина Подписно Тираж 81ПИ Государственноелам изобретений35, Москва, Ж,Зака омитета СС НИИ открытии аушская наб