Изобретение относится к устойчивой к кодовым ошибкам и сбоям цифровой технике и может найти применение в устройствах обработки дискретной информации, измерительно-вычислительной технике и системах управления для пересчета, синхронизации, распределения и коммутации информации с самовосстановлением кода в условиях высокого уровня помех.

Известен кольцевой счетчик с устранением ошибки или сбоя унитарного кода после начала нового цикла его генерирования (Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учебное пособие для втузов - СПб: Политехника, 1996. - 885 с. на С. 293 п. 4.5). Кольцевой счетчик состоит из регистра сдвига унитарного кода, выходы всех разрядов которого соединены с соответствующими входами элемента определения исходного состояния, выход которого соединен с входом первого разряда регистра сдвига.

Недостатком такого кольцевого счетчика является его низкая функциональная надежность из-за отсутствия мер исключающих поражение многих разрядов и восстановления кода сразу после возникновения сбоя от воздействия помех. Кроме того, низко быстродействие восстановления унитарного кода при образовании лишних единиц из-за того, что время восстановления определяется большим количеством тактов до появления единицы на выходе элемента определения исходного состояния счетчика.

Известен кольцевой счетчик, состоящий из регистра, который самовосстановливает генерируемый код и может работать при воздействии помех (Лехин С.Н. Схемотехника ЭВМ. - СПб: БХВ-Петербург, 2010. - 672 с. на С. 331, рис. 5.79). Кольцевой счетчик близок к предлагаемому по технической сущности его построения и достигаемому результату, состоящему в самовосстановлении генерируемого кода в случае воздействия помех. Кольцевой счетчик содержит регистр на триггерах, синхронизируемых фронтом и логические многовходовые элементы управления разрядных триггеров, а также входную шину синхронизации, фиксирующую данные памяти, соответствующие текущему состоянию счетчика в разрядах регистра, которые будут выбраны в следующем такте и которые определяют следующее состояние счетчика.

Недостатком такого кольцевого счетчика, несмотря на то, что он имеет минимальный интервал самовосстановления, является его низкая функциональная и конструктивная надежность из-за сложности многовходовых логических элементов и наличия большого количества запрещенных состояний при разрядности более трех для запоминания всевозможных запрещенных состояний кодового слова. Это ограничивает широкое использование счетчика, несмотря на самовосстанавливаемость унитарного кода кольцевого счетчика. Уже при четырех разрядах унитарного кода рабочих состояний всего четыре, а нерабочих состояний двенадцать. Более того, разряды ничем не защищены и не блокированы от действия помех, что снижает их устойчивость к этим помехам, а значит, велика вероятность сбоя при уровнях помех близких к предельным паспортным данным применяемых разрядных триггеров.

Известен недвоичный синхронный счетчик, используемый как кольцевой счетчик с самовосстановлением кода (патент РФ №961151, 1982 г.). Кольцевой счетчик содержит два разряда, шину потенциала логической единицы и входную шину, которая соединена с тактовыми входами триггеров разрядов, прямой выход первого и инверсный выход второго разрядов соединены соответственно с входом J второго разряда и входом установки в "0" первого разряда, входы J и K первого разряда и вход K второго разряда соединены с шиной потенциала логической единицы.

Недостатки известного кольцевого счетчика заключаются в том, что триггер первого разряда требует наличия дополнительных шин для входов K и J, что снижает помехозащищенность, а значит и надежность функционирования счетчика. Самовосстановление кода в этом случае некорректно, то есть ненадежно. Кроме того, при большой разрядности счетчика, требуется регистр сдвига, разряды которого без защиты могут быть восстановлены лишь после всего цикла его работы, что снижает быстродействие восстановления кода. При принятии мер, описанных в аналогах, недостатки не устраняются.

Наиболее близким к заявляемому по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату по помехозащищенности, самовосстановлению кода, устойчивости к кодовым ошибкам и сбоям в условиях помех является кольцевой счетчик, описанный в статье авторов Крехов В.Е., Крехов И.В., Крехов Е.В. "Схемотехническое обеспечение достоверности функционирования недвоичных счетчиков измерительных систем" из журнала "Метрология" №1, 2017, С. 9-19. Кольцевой счетчик состоит из входной шины и последовательного соединения счетных колец, каждое из которых содержит не более трех счетных групп, каждая из которых содержит дешифратор единиц группы и разряды сдвига, каждый из которых представляет собой синхронный триггер задержки с входом асинхронной установки в нулевое состояние соединенного с выходом соответствующего узла совпадений, входная шина соединена с тактовыми входами всех триггеров, в каждой из групп первый вход узла совпадения первого разряда соединен с инверсным выходом триггера второго разряда и первым входом соответствующего этой группе дешифратора единиц, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера первого разряда, прямой выход предыдущего разрядного триггера соединен с входом задержки триггера последующего разряда, выход дешифратора единиц первой группы соединен со вторым и первым входом соответственно первого и второго узлов совпадения третьей группы, выход дешифратора единиц которой соединен со вторым и первым входом соответственно первого и второго узлов совпадения второй группы, выход дешифратора единиц которой соединен со вторым и первым входом соответственно первого и второго узлов совпадения первой группы, причем, каждая счетная группа содержит не более трех разрядов так, что прямой выход триггера второго разряда каждой группы соединен с входом задержки триггера третьего разряда, прямой выход которого в предыдущей группе соединен с входом задержки триггера первого разряда последующей группы, инверсный выход триггера третьего разряда соединен со вторым входом узла совпадения второго разряда, первый вход узла совпадения третьего разряда первой группы соединен с инверсным выходом триггера его первого разряда, второй вход узла совпадения третьего разряда первой группы соединен с третьим входом ее дешифратора единиц и выходом дешифратора единиц второй группы, первый вход узла совпадения третьего разряда которой соединен с инверсным выходом триггера его первого разряда, второй вход узла совпадения третьего разряда второй группы соединен с третьим входом ее дешифратора единиц и выходом дешифратора единиц третьей группы, первый вход узла совпадения третьего разряда которой соединен с инверсным выходом триггера его первого разряда, второй вход узла совпадения третьего разряда третьей группы соединен с третьим входом ее дешифратора единиц и выходом дешифратора единиц первой группы, триггеры разрядов выполнены универсальными J-K триггерами так, что, для образования кода 1 из N, где N - модуль счета, последняя счетная группа состоит из не более чем трех разрядов, счетчик имеет шину потенциала логической единицы, которая соединена с информационным входом J первого разряда и входами К всех триггеров.

Недостатки известного кольцевого счетчика заключаются в том, что условие возможной трехразрядности счетчиков унитарного кода групп до самовосстановления и автоматического перехода к начальному состоянию кода может потребовать увеличения количества тактов более одного, что уменьшает быстродействие самовосстановления кода. Кроме того, при большой разрядности счетчика, при последовательном соединении групп из трехразрядных счетчиков унитарного кода их дешифраторы единиц блокируют только предыдущие группы, а последующие группы не защищены от помех блокировкой, что снижает как надежность, так и быстродействие восстановления кода с увеличением модуля счета. Дополнительно, усложняет счетчик и то, что модуль его счета равен ровно количеству триггеров, с сопутствующими каждому триггеру других компонентов и межсоединений, когда информационный вход J первого разряда соединен с шиной потенциала единицы, Увеличение количества электронных компонентов и их связей снижает вероятность безотказной работы, а, следовательно, снижает функциональную надежность. Кроме того, при выполнении счетчика на универсальных J-K триггерах требует наличия дополнительных шин для входов K, что снижает помехозащищенность, а значит и надежность функционирования счетчика. Поэтому, из-за возможных помех на входе J и K, самовосстановление унитарного кода не придает счетчику более высокой надежности.

Техническая задача состоит в повышении надежности кольцевого счетчика увеличением вероятности его безотказной работы и в повышении быстродействия самовосстановления кода с автоматическим переходом в начальное состояние вплоть до 1 такта.

Технический результат заключается в увеличении функциональной надежности и быстродействия самовосстановления унитарного кода:

- за счет блокировки разрядов счетчика закорачивающим критичные уровни помех нулевым потенциалом, а также за счет принудительной установки в начальное состояние от ложного срабатывания всех без исключения разрядов кроме тех, которые должны сработать;

- за счет уменьшения количества тактов до самовосстановления и автоматического перехода к начальному состоянию кода, что уменьшает время его восстановления;

- за счет дополнительного повышения вероятности безотказной работы счетчика с увеличением модуля счета на единицу при соответствующем снижении количества электронных компонентов и их связей, а также за счет уменьшения вероятности попадания младшего разряда счетчика в метастабильное состояние при возможном воздействии помех.

Сущность предложения заключается в том, что, кольцевой счетчик, состоящий из входной шины и последовательного соединения счетных колец, каждое из которых содержит не более трех счетных групп, каждая из которых содержит дешифратор единиц группы и разряды сдвига, каждый из которых представляет собой синхронный триггер задержки с входом асинхронной установки в нулевое состояние соединенного с выходом соответствующего узла совпадений, входная шина соединена с тактовыми входами всех триггеров, в каждой из групп первый вход узла совпадения первого разряда соединен с инверсным выходом триггера второго разряда и первым входом соответствующего этой группе дешифратора единиц, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера первого разряда, прямой выход предыдущего разрядного триггера соединен с входом задержки триггера последующего разряда, выход дешифратора единиц первой группы соединен со вторым и первым входом соответственно первого и второго узлов совпадения третьей группы, выход дешифратора единиц которой соединен со вторым и первым входом соответственно первого и второго узлов совпадения второй группы, выход дешифратора единиц которой соединен со вторым и первым входом соответственно первого и второго узлов совпадения первой группы, причем, каждая счетная группа содержат не более двух разрядов так, что прямой выход триггера второго разряда предыдущей группы соединен с входом задержки триггера первого разряда последующей группы и введен дешифратор всех единиц счетчика, входы которого соединены с выходами соответственно введенных дешифраторов единиц колец, входы которых соединены с выходами соответствующих дешифраторов единиц групп, выход дешифратора всех единиц счетчика соединен с входом задержки триггера первого разряда первой группы, инверсный выход которого и выход дешифратора этой группы дополнительно соединены соответственно с третьим и вторым входами соответственно узлов совпадений первого и второго разрядов второй группы, инверсный выход триггера и выход дешифратора которой дополнительно соединены соответственно с третьим и вторым входами соответственно узлов совпадений первого и второго разрядов третьей группы, инверсный выход триггера и выход дешифратора которой дополнительно соединены соответственно с третьим и вторым входами соответственно узлов совпадений первого и второго разрядов первой группы, четвертый и третий входы узлов совпадений соответственно первого и второго разрядов первой, второй и третьей групп в каждом кольце объединены и служат для блокировки их триггеров в нулевом состоянии и образования более крупных счетных колец.

На схеме представлен вариант кольцевого счетчика одного кольца трех кольцевых групп, работающего в прямом унитарном коде 1 из 7-ми.

Кольцевой счетчик содержит входную шину 1, входы сброса 2, узлы совпадений 3-1-1, 3-1-2, 3-2-1, 3-2-2, 3-3-1, 3-3-2, выполненные элементами И, триггеры 4-1-1, 4-1-2, 4-2-1, 4-2-2, 4-3-1, 4-3-2 разрядов сдвига, каждый на синхронном D-триггере с входом асинхронной установки , дешифраторы единиц 5-1, 5-2, 5-3 групп для определения их исходного состояния, дешифратор единиц 6 счетного кольца для определения его исходного состояния, который для однокольцевого счетчика является одновременно дешифратором единиц всего кольцевого счетчика для определения его исходного состояния, все дешифраторы единиц 5-1, 5-2, 5-3 и 6 выполнены элементами И.

Входная шина 1 соединена с тактовыми входами С всех -триггеров, вход сброса 2 объединяет свободные входы узлов совпадений 3-1-1, 3-1-2, 3-2-1, 3-2-2, 3-3-1, 3-3-2, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом асинхронной установки -триггеров 4-1-1, 4-1-2, 4-2-1, 4-2-2, 4-3-1, 4-3-2 разрядов, которые попарно образуют первую счетную группу из триггеров 4-1-1, 4-1-2, инверсные выходы  которых соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора единиц 5-1, инверсные выходы  триггеров 4-2-1, 4-2-2 второй группы соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора единиц 5-2, инверсные выходы  триггеров 4-3-1, 4-3-2 третьей группы соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора единиц 5-3, второй вход узла совпадения 3-1-1 соединен с инверсным выходом  триггера 4-1-2, второй вход узла совпадения 3-2-1 соединен с инверсным выходом  триггера 4-2-2, второй вход узла совпадения 3-3-1 соединен с инверсным выходом  триггера 4-3-2, инверсные выходы  триггеров 4-1-1, 4-2-1 и 4-3-1 соединены соответственно с третьими входами узлов совпадения 3-2-1, 3-3-1 и 3-1-1, выход дешифратора единиц 5-1 соединен с первым входом дешифратора единиц 6 и первыми и вторым входами соответственно узлов совпадения 3-3-1, 3-3-2 и 3-2-2, первые и второй входы соответственно узлов совпадения 3-1-1, 3-1-2 и 3-3-2 соединены с выходом дешифратора единиц 5-2 и вторым входом дешифратора единиц 6, первые и второй входы соответственно узлов совпадения 3-2-1, 3-2-2 и 3-1-2 соединены с выходом дешифратора единиц 5-3 и третьим входом дешифратора единиц 6, выход которого соединен с входом D триггера задержки 4-1-1 первого разряда первой группы и является его младшим разрядным выходом Q₀ для образования модуля счета равного 7 при количестве триггеров в счетчике равном 6, второй вход узла совпадения 3-3-1 соединен с инверсным выходом  триггера 4-3-2, прямой выход Q₁ триггера 4-1-1 соединен с входом D триггера 4-1-2, прямой выход Q₂ которого соединен с D входом триггера 4-2-1, прямой выход Q3 которого соединен с D входом триггера 4-2-2, прямой выход Q4 которого соединен с входом D триггера 4-3-1, прямой выход Q₅ которого соединен с D входом триггера 4-3-2.

Формула полезной модели

Кольцевой счетчик, состоящий из входной шины и последовательного соединения счетных колец, каждое из которых содержит не более трех счетных групп, каждая из которых содержит дешифратор единиц группы и разряды сдвига, каждый из которых представляет собой синхронный триггер задержки с входом асинхронной установки в нулевое состояние, соединенного с выходом соответствующего узла совпадений, входная шина соединена с тактовыми входами всех триггеров, в каждой из групп первый вход узла совпадения первого разряда соединен с инверсным выходом триггера второго разряда и первым входом соответствующего этой группе дешифратора единиц, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера первого разряда, прямой выход предыдущего разрядного триггера соединен с входом задержки триггера последующего разряда, выход дешифратора единиц первой группы соединен со вторым и первым входами соответственно первого и второго узлов совпадения третьей группы, выход дешифратора единиц которой соединен со вторым и первым входами соответственно первого и второго узлов совпадения второй группы, выход дешифратора единиц которой соединен со вторым и первым входами соответственно первого и второго узлов совпадения первой группы, отличающийся тем, что каждая счетная группа содержит не более двух разрядов так, что прямой выход триггера второго разряда предыдущей группы соединен с входом задержки триггера первого разряда последующей группы и введен дешифратор всех единиц счетчика, входы которого соединены с выходами соответственно введенных дешифраторов единиц колец, входы которых соединены с выходами соответствующих дешифраторов единиц групп, выход дешифратора всех единиц счетчика соединен с входом задержки триггера первого разряда первой группы, инверсный выход которого и выход дешифратора этой группы дополнительно соединены соответственно с третьим и вторым входами соответственно узлов совпадений первого и второго разрядов второй группы, инверсный выход триггера и выход дешифратора которой дополнительно соединены соответственно с третьим и вторым входами соответственно узлов совпадений первого и второго разрядов третьей группы, инверсный выход триггера и выход дешифратора которой дополнительно соединены соответственно с третьим и вторым входами соответственно узлов совпадений первого и второго разрядов первой группы, четвертый и третий входы узлов совпадений соответственно первого и второго разрядов первой, второй и третьей групп в каждом кольце объединены и служат для блокировки их триггеров в нулевом состоянии и образования более крупных счетных колец.