Brevet FR2219577A1 — publié le 19740920

La présente invention concerne les compteurs et, plus particulièrement, les compteurs d'impulsions polyphasés, composés de circuits à plusieurs états stables et utilisés dans les matériels de calcul et de mesure numériques sous forme de compteurs d'impulsions par (n-l), de compteurs en anneau module n, de diviseurs de fréquence de répétition d'impulsions dans un rapport variable, etc. Il existe un compteur d'impulsions polyphasé, réalisé avec un basculeur à n étages à n états stables et avec n portes. Dans ce compteur, la sortie de chaque étage du basculeur est reliée aux entrées des étages précédant et suivant ; la sortie de la k-ième porte (k = 1, 2, ..., n) est couplée à entrée du k-ième étage; la sortie du k-ième étage est couplée à l'entrée de la (K-2)-ième porte, le reste des entrées des portes constituant les entrées à n phases du compteur. Le compteur polyphasé existant a cet inconvénient que les basculeurs à n états stables qui le forment possèdent, pour n=6, 8, 9, 10, 11, ..., respectivement 3+2, 2+8, 3+9, (2+5)+10, 11+11 états stables au lieu d'en avoir n, le premier terme indiquant le nombre d'états redondants et le second, celui d'états utiles. La présence d'états redondants a pour effet une detérioration considérable de la fiabilité du compteur, étant donné que, du moment ou celui-ci se trouve dans l'un quelconque desdits états redondants, son fonctionnement normal devient impossible. Cela étant, il faut rétablir l'état utile du compteur par l'intervention humaine-ou instrumentale, sans quoi le compteur existant n'est utilisable que dans le cas où n=5 et ~n=7. La but de la présente invention est de remédier à l'inconvénient ci-dessus. La présente invention se propose de mettre au point un compteur d'impulsions polyphasé, conçu de manière à lui éviter les états redondants pour toute valeur de n > 5 et à lui conférer une fiabilité élevée. Le problème posé est résolu par le fait que, dans le compteur d'impulsions polyphasé, réalisé avec un basculeur à n étages à n états stables (où n=6, 7, 8 ...) dont les états -stables sont traduits par des signaux de sortie binaires, et avec n portes dont les sorties sont reliées aux entrées des étages respectifs de la bascule et dont les premières entrées constituent les entrées du compteur, selon l'invention, la sortie de chaque étage du basculeur à n étages est réunie aux entrées de S autres étages (où 34 S S n -3), et la deuxième entrée de la k-ième porte (où k=1, 2, 3, ..., n) est reliée à l'entrée du (k+a)-ième étage (où la somme k+a a le module n), étant donné que, si la fonction de portes et d'étages du basculeur à n états stables est faite par les éléments logiques OU NON, a=-d,où d est l'intervalle minimum entre les étages du basculeur se trouvant en état "1", et que , si les étages du basculeur sont formés par des éléments logiques du type OU NON et les portes de celui-ci par des éléments logiques ET, a dV-1, V étant le nombre d'étages du basculeur en état "1". Le compteur d'impulsions polyphasé selon l'invention a pour caractère d'être simple, fiable et incapable de tomber en états redondants pour toute forte valeur de n ( n > 5). Ledit compteur peut fonctionner en deux directions avec divers facteurs d'échelle. Dans ce qui suit, la présente invention est explicitée par des exemples concrets de sa réalisation et les dessins dont: la fig. 1 représente le schéma du compteur d'impulsions à six phases, selon l'invention la fig. 2, le schéma du compteur d'impulsions à sept phases, selon l'invention ; les fig. 3a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, 1, les chronogrammes du compteur de la fig. 1. Le compteur d'impulsions à six phases, représenté à la fig. 1, comprend un basculeur 1 à six étages 2, 3, 4, 5, 6 et 7, sous forme d'éléments logiques OU NON, et six portes 8, 9, 10, 1:, 12, 13 sous forme d'éléments logiques ET ; ledit compteur possède encore les entrées de positionnement 14, 15, 16, 17, 18, 19, les entrées de comptage 20, 21, 22, 23, 24, 25 et les sorties 26, 27, 28, 29, 30 et 31 Les couplages interétages du basculeur 1 se font de la façon suivante : la sortie de l'étage 2 est reliée aux entrées des étages 4, 5, 6 ; la sortie de l'étage 3 est reliée aux entrées des étages 5, 6, 7 ; la sortie de ltétage 4 est couplée aux entrées des étages 6, 7, 2 ; la sortie de l'étage 5 est reliée aux entrées des étages 7, 2, 3 ; la sortie de l'étage 6 est reliée aux entrées des étages 2, 3, 4 ; la sortie de l'étage 7 est réunie aux entrées des étages 3, 4, 5. L'une des entrées de chacun des étages 2, 3, 4--, 5, 6, 7 fait partie de l'ensemble des entrées de positionnement du compteur 14, 15, 16, 17, 18 et 19 . Les sorties des étages 2, 3 .., 7 constituent l'ensemble des sorties du compteur 26, 27, ... 31. En conformité du mode adopté de couplage entre les étages 2 à 7, ledit basculeur possède six états stables ; 110000, oit000, 001100, 00011Q, 000011 et 1Ô0001, le k-ième chiffre indiquant l'état du k-ième étage traduit par la valeur du signal binaire à sa sortie. Dans le cas général, un basculeur à n étages à n états stables en a V en état "1", dans notre exemple V étant égal à 2. Dans le cas général, l'intervalle minimum entre les étages en état "1" d'un basculeur à n étages à n états stables est égal à d (en l'occurence d=1). Cet intervalle se détermine comme la différence (en module n) des numéros d'ordre des étages positionnés sur "1". C'est ainsi que, dans cet exemple, lorsque le basculeur 1 est dans son premier état, soit 110000, d=2-1=1. La valeur de d est déterminable à partir de n'importe lequel de n états stables. Si, par exemple, l'état stable du basculeur a la forme 1010100...0, d=3-1=2 ou bien d=5-3=2. Les grandeurs V et d, caractéristiques du basculeur à n étages à n états stables, utilisé dans ledit compteur, fixent l'ordre de connexion des portes 8, 9 ... 13 (dans ledit exemple, des éléments logiques ET) au basculeur, comme on le verra en détail ci-dessous. La sortie de la k-ième porte (K=1, 2 ... n) est réunie à l'entrée du k-ième étage du basculeur 1. La première entrée de la k-ième porte constitue la k-ième entrée de comptage du compteur. La deuxième entrée de la k-ième porte est couplée à la sortie du $+a)-ièmeétage ( la somme k+a est au module n), la valeur de a étant fonction de la nature des éléments logiques formant les étages dru basculeur et les portes. C'est ainsi que a=d lorsque les étages du basculeur à n états stables et les portes sont constitués par les éléments logiques OU NON or, lorsque le rôle d'étages du basculeur à n états stables est rempli par les éléments logiques OU NON et celui de portes par les éléments logiques ET, a=dV-1. Dans le cas considéré, les étages 2, 3 ... 7 du basculeur 1 représentent les éléments logiques OU NON et les portes 8, 9, ... 13, les éléments logiques ET ; de sorte que a=dV-1= 1.2-1=1. Sous ce rapport, dans le compteur de la fig. 2, la deuxième entrée de la première porte 8 est reliée à la sortie du deuxième étage 3 ; la deuxième entrée de la deuxième porte 9 est reliée à la sortie du troisième étage 4; la deuxième entrée de la k-ième porte est reliée à la sortie du (k+a)=(k+1)-ième étage ; la deuxième entrée de la dernière (sixième) porte 13 est couplée à la sortie du premier étage 2 (du fait que pour k=n on a n+1 en module n=l). Dans un autre exemple concret, celui de la fig. 2, le compteur comporte un basculeur à sept étages 32, composé de sept étages 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 utilisant les éléments logiques OU NON et de sept portes 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 sous forme d'éléments logiques OU NON. Ce compteur possède, lui aussi, les entrées de positionnement 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, les entrées de comptage 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 et les sorties 61, 62, 63, 64, 65, 66-, 67.Les étages 33 à 39 du basculeur 32 sont couplés entre eux de la façon suivante la sortie de l'étage 33 est reliée aux entrées des étages 35, 36, 37, 38 ; la sortie de l'étage 34 est reliée aux entrées des étages 36, 37,'38, 39 ; la sortie de l'étage 35 est reliée aux entrées des étages 37, 38, 39, 33 ; la sortie de l'étage 36 est reliée aux entrées des étages 38, 39, 33, 34 ; la sortie de l'étage 37 est reliée aux entrées des étages 39, 33, 34, 35 la sortie de l'étage 38 est reliée aux entrées des étages 33, 34,'35, 36 ; la sortie de l'étage 39 est reliée aux entrées des étages 34, 35, 36, 37. L'une des entrées de chacun des étages 33 à 39 fait partie de l'ensemble des entrées de positionnement 47 à 53 du compteur, les sorties desdits étages 33 à 39 servant à former l'ensemble des sorties 61 à 67 du compteur. La bascule 32 est dotée de sept états stables : 1110000, 0111000, 0011100, 0001110, 0000111, 1000011, 1100001. La sortie de la k-ième porte 40 à 46 est réunie à l'entrée du k-ième étage 33 à 39 du basculeur 32. La première entrée de la k-ième porte 40 à 46 constitue la k-ième entrée de comptage du compteur. Dans le cas où les portes 40 à 46 sont les éléments logiques OU NON, on a a--d=-1, car 3-2=2-1=1, donc k+a=k+(-1)=k-1. Aussi, la deuxième entrée de la k-ième porte40 à 46 est-elle couplée à la sortie du (k-1)ème étage 33 à 39 du basculeur 32. Les fig. 3a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, 1 montrent les chronogrammes des tensions en divers points du montage compteur, dont la fig. 3a, les signaux à l'entrée 20 la fig. 3b,.les signaux à l'entrée 21 la fig. 3c, les signaux à l'entrée 22 la fig. 3d, les signaux à l'entrée 23 la fig. 3e, les signaux à l'entrée 24 la fig. 3f, les signaux à l'entrée 25 la fig. 3g, les signaux à la sortie 26, la fig. 3h, les signaux à la sortie 27, la fig. 3i, les signaux à la sortie 28, la fig. 3j, les signaux à la sortie 39, la fig. 3k, les signaux à la sortie 30, la fig. 31, les signaux à la sortie 31. Dans les chronogrammes, les abscisses portent le temps et les ordonnées, la tension (sous forme de signaux binaires). Considérant le fonctionnement du compteur de la fig. 1: tous les signaux électriques en entrée et en sortie du compteur, tout comme ceux des éléments logiques dont il se compose,sont binaires et ont une désignation conventionnelle 0 et 1. Le rôle du basculeur 1 dans le compteur est de garder (mémoriser) un état stable qui lui a été imposé et d'en prendre un autre à l'arrivée des signaux d'entrée appropriés. Lorsque le compteur est mis en l'état initial, le fonctionnement du basculeur 1 est conforme à la table.de vérité I. Table I S i 001111 100111 110011 111001 111100 011110 Qi 110000 011000 001100 000110 000011 100001 où e i = mot de positionnement, c'est-à-dire une série de si- gnaux binaires aux entrées de positionnement 14, 15, 16, 17, 18 et 19 du compteur ; Qi est l'état que prend le basculeur du compteur après avoir reçu le mot de positionnement 'yi, quel que soit son état précédent. Il en ressort immédiatement que, pour mettre le compteur dans l'état stable Qi, il faut appli quer le mot de positionnement X i = Qi aux entrées 14, 15, 16, 17, 18, 19. En cas d'arrivée d'impulsions d'entrée (de comptage), le basculeur 1 fonctionne en conformité de la table de vérité II Table Il Xi 100XXX XlOOXX XX1OOX XXX 100 OXXX10 OOXXX1 000000 Qi-1 110000 011000 001100 000110 000011 100001 Qi 011000 001100 000110 000011 100001 110000 où Xi est le nombre binaire dont chaque chiffre donne la valeur du signal binaire à la sortie de la porte correspondante (c'est-à-dire à l'entrée de l'étage respectif) ; X est un chiffre indéterminé, c'est-à-dire qu'il peut s'agir soit de 0, soit de 1 (chiffre banalisé) ;Qi-l est l'état du basculer avant l'arrivée du nombre binaire Xi ; Qi est l'état du basculeur où celui-ci passe de l'état Qi-l après l'arrivée du nombre binaire Xi. C'est ainsi que la première colonne de la table II si nifie qu'à l'application du nombre binaire Xi = IOOXXX le basculeur 1, dont l'état est Qiw1=110000 se place dans l'état Qi= 011000. La dernière colonne indique que pour Xi=OOOOOO le basculeur garde son état précédent Qi-l, Au départ, lorsque tous les signaux aux entrées de comptage 20, 21, ... 25 (appelés dans ce qui suit "le mot d'entrée") sont nuls, les signaux binaires à la sortie des portes 8, 9, 13 sont de même nuls (c'est-à-dire X=000000). Dans ce cas, le basculeur 1 peut se trouver dans n'importe lequel de ses six états.S onsuppose ,pour fixer les idées, qu'il soit à l'état Qo= 110000, alors, à l'arrivée du signal 1 successivement sur les entrées 24, 23, 22 et 21 du compteur, comme l'indiquent les fig. 3e, d, c, b, l'état de celui-ci reste inchangé. Lorsque le signal "1" s'applique à l'entrée 20 (fig. 3a) , le basculeur, conformément à la table Il, passe de l'état Q1 = 011000 à l'état Q2 = 001100. Par la suite, le compteur fonctionne d'une manière analogue, comme on peut le voir aux fig. 3a à 31 . Le cycle complet est terminé sur la sixième impulsion arrivant sur l'entrée 25 du compteur (fig. 3f). Le basculeur 1 revient alors du cinquième état Q5= 100001 dans son état premier QO = 110000. Le fonctionnement du compteur peut aussi être décrit sous forme d'une liste de mots d'entrée et d'états du basculeur 1 (voir table de vérité III) Table III Mots d'entrée Etats du basculeur Xi Qi 000001 110000 000010 110000 00010Q 110000 001000 110000 010000 110000 100000 011000 000001 011000 000010 011000 00O100 011000 001000 011000 010000 001100 400000 001100 000001 001100 000010 001100 Qu0100 001100 001000 ~ 000110 cycle complet 010000 000110 100000 000110 000001 000110 000010 00QiIO 000100 000011 001000 000011 010000 000011 100000 000011 00n001 000011 000010 100001 000100 100001 001000 100001 010000 100001 100000 100001 000001 110000 début du cycle identique 000010 110000 suivant et ainsi de suite Il est facila de voir, dans la table III, que le basculeur (donc aussi le compteur) passe dans l'état suivant toujours après la cinquième impulsion d'entrée. -Etant donné que, dans le compteur considéré, les mots d'entrée Xi comportent une seule unité, et que les états du basculeur (et, partant, du compteur) Qi en présentent deux, la réalisation d'un compteur multipositionnel implique l'insertion de décodeurs entre les sorties de la première position et les entrées de la deuxième position, entre les sorties de la deuxie'- me position et les entrées de la troisième position et ainsi de suite. De tels décodeurs sont très simples à réaliser ; c'est ainsi que, dans l'exemple ci-dessus, le décodeur en question comprend n éléments logiques ET à deux entrées. La structure de ces décodeurs étant classique, il est inutile d'en parler plus en détail. Les éléments logiques ET constituant le décodeur ont chacun leurs sorties reliées à une seule entrée de comptage de la position suivante du compteur, c'est-à-dire à une seule entrée de la porte respective. Comme on a pu le constater, le compteur selon l'invention emploie pour portes les éléments logiques ET. Pourtant, on sait bienquedeux éléments logiques ET montés en série sont remplaçables par un seul élément logique ET ayant un nombre suffisamment grand d'entrées (1 ôté du total des entrées des deux éléments à remplacer). Ainsi, la fonction de décodeur peut être réalisée par les portes entrant dans la composition du compteur pourvu qu'il en résulte des avantages de conception, de technologie et autres. Dans nombre de cas, la pratique nécessite des compteurs réversibles. Or, à condition de recevoir certaines adjonctions, le compteur considéré peut fonctionner en réversible. Considérant ces adjonctions ; Ie compteur donné compte "en sens avant", ("Up") mais il est élémentaire de construire un compteur "en sens arrière" ('tdown"). Il faut à cet effet inverser le couplage de toutes les portes au basculeur et l'ordre des impulsions d'entrée à appliquer aux entrées de comptage. C'est ainsi que la porte 8, dans le compteur de la fig. 1, doit alors avoir son entrée reliée à la sortie du premier étage 2 et sa sortie à l'entrée du deuxième étage 3 (le reste des portes seront couplées par analogie avec la porte 8).Cela étant, la réalisation d'un compteur réversible implique qu'encore un groupe de n portes soit relié au compteur de la fig. 1? comme expliqué ci-dessus. Dans ce cas toutes les portes doivent avoir chacune trois entrées, les troisièmes entrées des portes 8 à 13 étant réunies entre elles pour former une entrée de commande ; toutes les troisièmes entrées de n portes nouvellement raccordées sont, elles aussi, ramenées à un point commun servant de seconde entrée de commande ; la première entrée de chaque nouvelle porte est reliée à l'entrée de comptage respective 20 à 25. Un signal "1", appliqué à la première ou à la seconde entrée de commande, représente respectivement l'ordre de compter "en avant" ou "en arrière". Le compteur selon l'invention peut compter par différentes quantités. C'est ainsi que, quand les mots d'entrée compor tent chacun une seule unité, c'est-à-dire que 000001 000010 000100 001000 010000 100000 000001 etc., le compteur compte par n-1= 6-1= 5. Si, d'autre part, les mots d'entrée comprennent chacun deux unités de suite, par exemple 000011 000110 100001 etc., le compteur compte par n-2=6-2=4. Dans le cas général, le compteur compte par n-p, où p=1,2 ..., n-1 détermine le nombre d'unités dans le mot d'entrée. En d'autres termes, p est la durée des impulsions d'entrée, traduite par le nombre de temps. Ainsi, pour tout n > 5, le compteur peut posséder un régime où il compte par un les nombres n-1, n-2, ... 2,1 Considérant le compteur montré à la fig. 2, dont le fonctionnement est analogue à celui du compteur qui vient d'être examiné: dans l'état initial du compteur, la bascule 32 fonctionne en conformité avec la table IV Table IV yi 0001111 1000111 1100011 1110001 1111000 1111000 0111100 0011110 Qi 1110000 0111000 0011100 0001110 0001110 0000111 1000011 1100001 A l'arrivée des impulsions d'entrée, le fonctionnement du basculeur 32 s'opère en accord avec la table V. Table V Xi 1000XXX Xî00OXX XX1OOOX XXX1000 OXXX100 00XXX10 000XXX1 1111111 Qi-1 1110000 0111000 0011100 0001110 00001 Il 1000011 1100001 Qi Qi 0111000 0011100 0001110 0000111 1000011 1100001 1110000 Qi-1 Au départ, lorsque tous les signaux en entrées de comptage 54 à 60 sont égaux à 1, les signaux binaires en sorties des portes 40 à 46 sont nuls, c'est-à-dire que XO = 0000000 . Dans ce cas, le basculeur 32 peut se trouver dans n'importe lequel des états stables Qi résumés dans la table IV. Supposant que ce soit l'état QO = 1110000 : alors, un signal "1", appliqué à tour de rôle aux entrées 60, 59, 58, 57, 56 et 55 ne change pas l'état du compteur.A l'arrivée de "1" sur l'en- trée 54, le basculeur 32 passe, conformément à la table V, de l'état Qu dans celui Q1 = 0111000. Un signal "1" suivant qui vient successivement sur les entrées 60, 59, 58, 57, 56 ne produit pas le changement d'état du compteur. A l'arrivée du signal "1" sur l'entrée 55, le basculeur 32 passe en accord avec la table V de l'état Q1 à l'état Q2 = 0011100. Par la suite, le fonctionnement continue d'une manière analogue. Toute sixième impulsion d'entrée fait passer le compteur à l'état suivant ; les états du compteur étant au nombre de sept, le cycle complet de celui-ci se termine après l'arrivée de 6 x 7 = 42 impulsions. Ainsi, la distinction entre le compteur donné (fig. 2) et celui de la fig. 1 consiste essentiellement dans le fait qu'il a normalement sur ses entrées les signaux "1" et que l'impulsion est constituée par le signal "O", ce qui tient à l'emploi d'éléments logiques OU NON à titre de portes 40 à 46. Ce compteur peut fonctionner, lui aussi, à divers régimes, c'està-dire qu'il est capable de compter par 6, 5, 4, 3, 2 ou 1. Le compteur représenté à la fig. 1 est réalisable avec les éléments logiques ET NON (étages 2 à 7 du basculeur) et OU. Son fonctionnement est celui que l'on vient de décrire, à cette différence près que tous ses signaux d'entrée, internes et de sortie ont des valeurs inverses de celles du compteur de la fig. 1. D'une manière analogue, le compteur de la fig. 2 peut être construit avec les éléments logiques ET NON (étages 33 à 29 comme portes 40 à 46). La seule différence qu'il présente est que tous ses signaux d'entrée, internes et de sortie possèdent des valeurs inverses. Cela provient de la dualité de l'algèbre booléenne. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes . REVENDICATIONS 1. Compteur d'impulsions polyphasé, réalisé avec des éléments logiques du type OU NON et comportant un basculeur à n étages à n états stables (où n 2 6, 7, 8, ...) dont les états stables sont représentés par des signaux de sortie binaires, et n portes dont les sorties sont reliées aux entrées des étages respectifs du basculeur et dont les premières entrées constituent les entrées du compteur, caractérisé par le fait que la sortie de chaque étage du basculeur à n étages est réunie aux entrées de S autres étages (3 (où k=1, 2, 3 ...n) est couplée à la sortie du (k+a)-ième étage, où la somme k+a a le module n (a=-d),d étant l'intervalle minimum entre les étages du basculeur mis à l'état "ln. 2. Compteur d' impulsions polyphasé comprenant un basculeur à n étages à n états stables (n=6,7,8, ...) réalisé avec des éléments logiques du type OU NON et dont les états stables sont traduits par des signaux de sortie binaires, et n portes sous forme d'éléments logiques ET dont les sorties sont reliées aux entrées des étages respectifs de la bascule et dont les pre insères entrées servent d'entrées au compteur, caractérisé par le fait que la sortie de chaque étage du basculeur à n étages est couplée aux entrées de S autres étages (34 SS n-3) et que la seconde entrée de la k-ième porte (k=1, 2, 3, ..n) est réunie à la sortie du (k+a)-ième étage, où la somme k+a est comptée par module n(a = dV-1), d étant l'intervalle minimum entre les étages du basculeur en état "1",et V nombre d'étages du basculeur à l'état t1n