СЧЕТЧИК ПО МОДУЛЮ ТРИ

Полезная модель относится к импульсной технике и предназначена для устройств автоматики и вычислительной техники.
Известны два синхронных счетчика по модулю три (Будинский Я. Логические цепи в цифровой технике. М.: Связь, 1977, с.243, табл.6.3.а). Оба счетчика содержат по два JK - триггера, включенных последовательно и охваченных обратной связью. Недостатком известных счетчиков является их низкая контролепригодность, вследствие чего проверка правильности их функционирования представляет собой весьма сложную техническую задачу.
Так, первый счетчик имеет следующую диаграмму состояний:→00→01→10, а второй →00→10→11. Обе диаграммы свидетельствуют о том, что описываемые устройства не имеют диагностических признаков, на основании которых можно достоверно судить об их правильном функционировании. Так, например, под влиянием электромагнитной помехи, действующей на вход J второго JK-триггера первого счетчика, этот счетчик может перейти из состояния «10» в состояние «01», минуя состояние «00». При этом модуль пересчета счетчика станет равным двум. Данное событие нельзя зафиксировать, например, с помощью внешней схемы контроля, т.к. «ложное» в данном случае состояние «01» соответствует рабочему состоянию этого счетчика при нормальном его функционировании.
Можно показать, что и во втором известном счетчике по модулю три под влиянием помех или неисправностей возникают аналогичные ложные переходы, изменяющие модуль его пересчета, зафиксировать которые можно только с помощью сложных внешних схем контроля, вследствие низкой контролепригодности счетчика.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (принят за прототип) является счетчик по модулю три (Букреев И.Н. и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Сов. радио, 1975, рис.5.29). Он
содержит первый, второй и третий RS-триггеры, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И-НЕ, причем выходы первого, второго и третьего элементов И-НЕ соединены соответственно с входами S первого, второго и третьего RS-триггеров, выходы четвертого, пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с входами R первого, второго и третьего RS-триггеров, прямой выход первого RS-триггера соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ, инверсный выход первого RS-триггера соединен с первыми входами третьего, пятого и с вторым входом шестого элементов И-НЕ, прямой выход второго RS-триггера соединен с первым входом четвертого и с вторым входом третьего элементов И-НЕ, инверсный выход того же триггера соединен с первыми входами первого и шестого элементов И-НЕ, прямой выход третьего RS-триггера соединен с вторым входом пятого элемента И-НЕ, инверсный выход того же триггера соединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И-НЕ, третьи входы первого, четвертого и пятого элементов И-НЕ соединены с тактовым входом счетчика, третий вход третьего элемента И-НЕ соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, а третий вход шестого элемента И-НЕ соединен с выходом пятого элемента И-НЕ.
Недостатком данного счетчика является его низкая контролепригодность. Работа схемы описывается следующей диаграммой состояний (нумерация триггеров слева направо):
→000→001→011→010→110→100.
При этом состояние 000 является исходным.
Как видно из диаграммы, в состояниях схемы нельзя выделить общих диагностических признаков, которые были бы характерны для всех шести ее внутренних состояний или для определенных групп состояний, по которым можно было бы достоверно судить о правильности функционирования счетчика. Например, в первом состоянии «000» устройства три триггера находятся в состоянии «0», во втором - только один, в третьем - два и т.д. Поэтому
под воздействием помех или неисправностей, которые могут возникнуть в схеме описываемого устройства, в нем будут иметь место ложные переходы, например, «000» → «010», минующий состояния «001» и «011», изменяющие коэффициент пересчета схемы. Зафиксировать такой ложный переход можно только путем дублирования данной схемы счетчика и поразрядного сравнения сигналов на выходах основной и дублирующей схем, т.к. ложное состояние «010» является в то же время четвертым состоянием исправной схемы. Подобный метод проверки правильности функционирования требует более чем двухкратного увеличения аппаратуры известной схемы счетчика по модулю три.
Задача полезной модели - повышение контролепригодности счетчика по модулю три.
Технический результат достигается тем, что в счетчике по модулю три, содержащем первый, второй и третий RS триггеры, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И-НЕ, причем выходы первого, второго и третьего элементов И-НЕ соединены соответственно с входами S первого, второго и третьего RS-триггеров, выходы четвертого, пятого и шестого элементов И-НЕ соединены соответственно с входами R первого, второго и третьего RS-триггеров, прямой выход первого RS-триггера соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ, инверсный выход первого RS-триггера соединен с первыми входами третьего и пятого элементов И-НЕ, прямой выход второго RS-триггера соединен с первым входом четвертого и с вторым входом третьего элементов И-НЕ, инверсный выход того же триггера соединен с первым входами первого и шестого элементов И-НЕ, прямой выход третьего RS-триггера соединен с вторым входом пятого элемента И-НЕ, инверсный выход того же триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И-НЕ, третьи входы четвертого и пятого элементов И-НЕ соединены с тактовым входом счетчика, третий вход третьего элемента И-НЕ соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, второй вход первого элемента И-НЕ
соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ, третий вход того же элемента соединен с прямым выходом третьего RS-триггера, инверсный выход которого соединен с третьим входом второго элемента И-НЕ, второй вход шестого элемента И-НЕ соединен с тактовым входом счетчика, третий вход того же элемента соединен с прямым выходом первого RS-триггера.
Таким образом, отличительными по сравнению с прототипом признаками в заявляемом устройстве являются новые соединения в счетчике по модулю три. Данные признаки позволили изменить диаграмму состояний триггеров схемы таким образом, что в каждом нечетном такте работы исправной схемы два из ее триггеров находятся в состоянии «1», а один - в состоянии «0». В каждом же четном такте только один триггер схемы находится в состоянии «1», а два остальные - в состоянии «0». Наличие указанного свойства счетчика позволяет выделить необходимые диагностические признаки, что свидетельствует о его высокой контролепригодности и позволяет контролировать правильность его функционирования с помощью достаточно простых контрольных схем.
Функциональная схема заявляемого устройства показана на фиг.1. На фиг.2 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая работу счетчика по модулю три.
Счетчик по модулю три (см.фиг.1) содержит первый 1, второй 2 и третий 3 RS-триггеры, первый 4, второй 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8 и шестой 9 элементы И-НЕ. Схема имеет следующие соединения. Выходы первого 4, второго 5 и третьего 6 элементов И-НЕ соединены соответственно с входами S первого 1, второго 2 и третьего 3 RS-триггеров. Выходы четвертого 7, пятого 8 и шестого 9 элементов И-НЕ соединены соответственно с входами R первого 1, второго 2 и третьего 3 RS-триггеров. Прямой выход первого RS-триггера 1 соединен с первым входом второго элемента И-НЕ 5, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ 4. Инверсный выход первого RS-триггера 1 соединен с первыми входами третьего 6 и пятого 8 элементов И-НЕ. Прямой выход второго RS-триггера
соединен с первым входом четвертого 7 и с вторым входом третьего 6 элементов И-НЕ. Инверсный выход того же триггера 2 соединен с первыми входами первого 4 и шестого 9 элементов И-НЕ. Прямой выход третьего RS -триггера 3 соединен с вторым входом пятого элемента И-НЕ 8. Инверсный выход того же триггера 3 соединен с вторым входом четвертого элемента И-НЕ 7. Третьи входы четвертого 7 и пятого 8 элементов И-НЕ соединены с тактовым входом 10 счетчика. Третий вход третьего элемента И-НЕ 6 соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ 7. Второй вход первого элемента И-НЕ 4 соединен с выходом четвертого элемента И-НЕ 7. Третий вход того же элемента 4 соединен с прямым выходом третьего RS-триггера 3, инверсный выход которого соединен с третьим входом второго элемента И-НЕ 5. Второй вход шестого элемента И-НЕ 9 соединен с тактовым входом 10 счетчика, третий вход того же элемента соединен с прямым выходом первого RS-триггера 1.
Счетчик по модулю три работает следующим образом. В исходном состоянии (см.фиг.2) тактовый импульс на входе 10 устройства отсутствует, триггер 1 находится в состоянии «0», а триггеры 2 и 3 в состоянии «1». (На фиг.1 цепи установки триггеров счетчика в исходное состояние не показаны). При поступлении на вход 10 счетчика первого тактового импульса триггер 3 устанавливается в состояние «0», а триггеры 1 и 2 сохраняют свои прежние состояния. После окончания первого тактового импульса триггер 1 устанавливается в состояние «1», а триггеры 2 и 3 сохраняют свои прежние состояния. При поступлении второго тактового импульса триггер 2 устанавливается в состояние «0», а триггеры 1 и 3 сохраняют свои прежние состояния. После окончания второго тактового импульса триггер 3 устанавливается в состояние «1», а триггеры 2 и 1 сохраняют свои прежние состояния. При поступлении третьего тактового импульса триггер 1 устанавливается в состояние «0», а триггеры 2 и 3 сохраняют свои предыдущие состояния. Наконец, после окончания третьего импульса триггер 2 устанавливается в состояние «1», a
триггеры 1 и 3 сохраняют свои прежние состояния «1», что соответствует исходному состоянию счетчика по модулю три.
Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуется следующая диаграмма состояний (нумерация триггеров слева направо):
→110→010→011→001→101→100
Как видно из диаграммы, счетчик имеет шесть состояний. При этом в каждом нечетном состоянии (первом, третьем и пятом) два его триггера находятся в состоянии «1», а один - в состоянии «0». В каждом же четном состоянии (втором, четвертом и шестом) один из триггеров находится в состоянии «1», а два других - в состоянии «0».
Следовательно, заявляемое устройство имеет диагностические признаки, по которым можно достоверно контролировать правильность его функционирования с помощью простой контрольной схемы.
Заявляемый счетчик по модулю три может применяться в системах управления, выполняющих ответственные функции, например, по управлению движением поездов, в которых достоверность функционирования является обязательным условием.