СЧЕТЧИК С КОЭФФИЦИЕНТОМ ПЕРЕСЧЕТА "ШЕСТЬ"

Полезная модель относится к импульсной технике, в частности, к счетчикам с заданным коэффициентом пересчета и может найти применение в тех устройствах автоматики и вычислительной техники, к которым предъявляются высокие требования по достоверности функционирования.
Известен счетчик с коэффициентом пересчета «шесть», построенный на регистре с перекрестной связью, содержащий три RS-триггера (Букреев И.Н. и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Сов. радио, 1975, с.202, рис.5.35).
Недостатком данного счетчика является низкая контролепригодность, вследствие чего затруднен контроль его исправности в процессе функционирования. Диаграмма внутренних состояний этого счетчика имеет следующий вид:
Как видно из диаграммы, в описываемом счетчике нельзя выделить диагностические признаки, по которым можно достоверно охарактеризовать его исправность в процессе функционирования. Поэтому контролировать данное устройство можно путем его дублирования с аналогичным счетчиком и сравнения состояний обоих счетчиков, либо путем его автономной проверки в период профилактики. В первом случае более чем в два раза увеличиваются затраты на аппаратуру дополнительного счетчика и схемы сравнения. Во втором необходимы периодические остановки устройства, в котором работает счетчик, что повышает затраты на его эксплуатационное обслуживание и не исключает повреждений вследствие внезапных отказов в процессе функционирования счетчика.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является счетчик с коэффициентом пересчета «шесть», содержащий три JK-триггера,
два элемента И-НЕ и два инвертора, при этом тактовые входы всех JK-триггеров соединены с шиной тактовых импульсов, выход первого элемента И-НЕ через первый инвертор соединен с входами J и К второго JK-триггера, выход второго элемента И-НЕ через второй инвертор соединен с входом J третьего JK-триггера, вход К которого соединен с прямым выходом первого триггера, входы J и К которого соединены с шиной логической единицы, первый вход первого элемента И-НЕ соединен с прямым выходом первого триггера и с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, а второй вход первого элемента И-НЕ соединен с инверсным выходом третьего триггера. (Будинский Я. Логические цепи в цифровой технике. Пер. с чесек. К.Юнга. Под ред. Б.А.Калабенкова. М.: Связь, 1977, с.244, табл.6.3).
Данному счетчику свойственен тот же недостаток: он мало приспособлен к контролю в процессе функционирования вследствие своей низкой контролепригодности. Счетчик имеет шесть устойчивых состояний и характеризуется следующей диаграммой переходов между ними (нумерация триггеров слева направо):
Состояние 000 принято за начальное.
Как видно из приведенной диаграммы, надежно проконтролировать правильность функционирования счетчика весьма сложно. Например, при одиночном сбое под воздействием электромагнитных помех второго JK-триггера (ложный переход 0→1) в счетчике произойдет ложный переход 100→110, минующий состояние 010. При этом коэффициент пересчета счетчика станет равным пяти. Зафиксировать такой переход, в том числе с помощью внешних схем и средств контроля не всегда удается вследствие отсутствия необходимых диагностических признаков в диаграмме переходов счетчика. В самом деле, «ложное» состояние 110, образовавшееся после сбоя, является в то же время четвертым состоянием счетчика.
Задача полезной модели - повышение достоверности функционирования счетчика.
Технический результат достигается тем, что в счетчик с коэффициентом пересчета «шесть», содержащий первый, второй и третий JK-триггеры, элемент И-НЕ, первый и второй инверторы, причем тактовые входы этих триггеров соединены с шиной тактовых импульсов, выход элемента И-НЕ через первый инвертор соединен с входом J второго триггера, входы J и К первого триггера соединены с шиной логической единицы, введены четвертый JK-триггер, элемент ИЛИ-НЕ и блок контроля «2 из 4», причем тактовый вход четвертого JK-триггера соединен с шиной тактовых импульсов, вход J того же триггера соединен с прямым выходом третьего JK-триггера, с входом К второго JK-триггера и с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с прямым выходом второго JK-триггера, с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, с входом J третьего JK-триггера и с входом К четвертого JK-триггера, второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с прямым выходом первого JK-триггера, а его выход через второй инвертор соединен с входом К третьего JK-триггера, прямые выходы первого, второго, третьего и четвертого JK-триггеров соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока контроля «2 из 4».
Блок контроля «2 из 4», в свою очередь, содержит первый, второй, третий элементы И, первый, второй, третий элементы ИЛИ и элемент исключающее ИЛИ, причем первый вход блока контроля «2 из 4» соединен с первыми входами первых элементов И и ИЛИ, вторые входы которых соединены с вторым входом блока контроля «2 из 4», третий вход которого соединен с первыми входами вторых элементов И и ИЛИ, вторые входы которых соединены с четвертым входом блока контроля «2 из 4», выходы первого и второго элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с входами третьего элемента И, выходы третьих элементов И и ИЛИ соединены с входами элемента исключающее ИЛИ, выход которого является выходом блока контроля «2 из 4».
Таким образом, отличительными от прототипа признаками в заявляемом счетчике являются четвертый JK-триггер, элемент ИЛИ-НЕ, блок контроля «2 из 4» и соответствующие им связи. Введение дополнительного JK-триггера и элемента ИЛИ-НЕ обеспечило функционирование счетчика в коде «2 из 4», т.е. сделало его контролепригодным, т.к. позволило выделить диагностические признаки (две единицы из четырех) в диаграмме переходов счетчика, по которым можно достоверно контролировать его исправность.
Блок контроля «2 из 4» позволяет фиксировать неисправность счетчика непосредственно в процессе его работы.
Функциональная схема счетчика с коэффициентом пересчета «шесть» представлена на фиг.1. На фиг.2 показана временная диаграмма, иллюстрирующая его работу.
Счетчик содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 JK-триггеры, элемент И-НЕ 5, элемент ИЛИ-НЕ 6, первый 7 и второй 8 инверторы, шину тактовых импульсов 9, шину логической единицы 10, блок контроля «2 из 4» 11, который, в свою очередь, содержит первый 12, второй 13, третий 14 элементы И, первый 15, второй 16, третий 17 элементы ИЛИ и элемент исключающее ИЛИ 18.
Счетчик с коэффициентом пересчета «шесть» имеет следующие соединения. Тактовые входы первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 JK-триггеров соединены с шиной тактовых импульсов 9.
Входы J и К первого триггера 1 соединены с шиной логической единицы 10. Выход элемента И-НЕ 5 через первый инвертор 7 соединен с входом J второго триггера 2. Выход элемента ИЛИ-НЕ 6 через второй инвертор 8 соединен с входом К третьего триггера 3. Прямой выход первого триггера 1 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 6 и с первым входом 19 блока контроля «2 из 4» 11. Прямой выход второго триггера 2 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 6, вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 5, входом J третьего триггера 3, входом К четвертого триггера 4 и с вторым входом 20 блока контроля «2 из 4» 11. Прямой выход третьего триггера 3 соединен с
входом J четвертого триггера 4, с первым входом элемента И-НЕ 5, входом К второго триггера 2 и с третьим входом 21 блока контроля «2 из 4» 11. Прямой выход четвертого триггера 4 соединен с четвертым входом 22 блока контроля «2 из 4» 11.
Первый вход 19 блока контроля «2 из 4» 11 соединен с первыми входами первых элементов И 12 и ИЛИ 15, вторые входы которых соединены с вторым входом 20 блока контроля «2 из 4» 11, третий вход 21 которого соединен с первыми входами вторых элементов И 13 и ИЛИ 16, вторые входы которых соединены с четвертым входом 22 блока контроля «2 из 4» 11, выходы первого 12 и второго 13 элементов И соединены с входами третьего элемента ИЛИ 17, выходы первого 15 и второго 16 элементов ИЛИ соединены с входами третьего элемента ИЛИ 14, выходы третьих элементов И 14 и ИЛИ 17 соединены с входами элемента исключающее ИЛИ 18, выход 23 которого является выходом блока контроля «2 из 4» 11.
Счетчик с коэффициентом пересчета «шесть» работает следующим образом. В исходном состоянии на прямых выходах первого 1 и третьего 3 триггеров присутствует сигнал «логическая 1», а на прямых выходах второго 2 и четвертого 4 триггеров - сигнал «логический 0» (цепи установки триггеров в исходное состояние на фиг.1 не показаны). Это соответствует внутреннему состоянию счетчика 0101. Под действием тактовых импульсов состояние счетчика меняется. Как видно из временной диаграммы его работы (см. фиг.2), в каждом такте работы исправного счетчика на прямых выходах двух его JK-триггеров присутствует сигнал «1», а на прямых выходах двух других JK-триггеров - сигнал «0». Таким образом, данный счетчик характеризуется следующей диаграммой переходов:
При этом элементы 5...8 обеспечивают необходимую временную задержку, исключающую состязания между триггерами счетчика во время его перехода из одного состояния в другое.
В таблице показаны состояния, которые принимают выходы элементов И 14, ИЛИ 17 и исключающее ИЛИ 18 блока контроля «2 из 4» 11 в зависимости от состояний JK-триггеров счетчика, сигналы с прямых выходов которых подаются на выходы 19...22 блока контроля «2 из 4» 11.
Таблица
Входы
Выходы
19
20
21
22
14
17
18
0
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
1
Как видно из таблицы, в исправном состоянии счетчика на входах элемента исключающее ИЛИ 18 будут присутствовать противоположные сигналы (01 или 10), значит на его выходе будет сигнал «1» (Исправность), свидетельствующий о правильном функционировании счетчика.
Покажем, что при возникновении неисправностей или сбоев в схеме контролируемого счетчика на выходе 23 блока контроля «2 из 4» 11 будет сформирован сигнал «0», который соответствует сигналу «Неисправность». Пусть, например, в заявляемом счетчике, находящемся в состоянии 1100 возникает неисправность «константа 1» прямого выхода третьего JK-триггера 3. При этом на входы блока контроля «2 из 4» 11 поступит кодовое слово 1110. Нетрудно убедиться в том, что в этом случает на выходах элементов И 14 и ИЛИ 17 будут присутствовать сигналы «1», а на выходе элемента исключающее ИЛИ 18 - «0», т.е. сигнал «Неисправность». Очевидно, что такая ситуация (т.е. состояние 1110) может возникнуть и вследствие возникновения электромагнитной помехи на третий JK-триггер 3 счетчика.
Предположим теперь, что, либо из-за неисправности «константа 0» выхода инвертора 7, либо под действием электромагнитной помехи, счетчик из состояния 1010 вместо состояния 0101 перешел в состояние 0001. Тогда на выходах элементов И 14 и ИЛИ 17 блока контроля будут сформированы сигналы «0», на выходе 23 блока контроля «2 из 4» 11 сигнал «0», т.е. «Неисправность».
Технический результат от использования данной полезной модели заключается в повышении достоверности функционирования счетчика путем обеспечения его контролепригодности, постоянного контроля его состояния в процессе функционирования, фиксации неисправностей, в том числе вызывающих нарушение заданного коэффициента пересчета. Тем самым появляется возможность применять заявляемый счетчик в системах, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и достоверности функционирования, например, в системах железнодорожной автоматики, управляющих движением поездов.
При этом дополнительные узлы и элементы, которые использованы для обеспечения контролепригодности счетчика и его контроля в процессе функционирования потребовали примерно в два раза меньшего оборудования, чем необходимо, например, для организации контроля счетчика-прототипа путем его дублирования.