Понятие многотактной схемы

Цель работы

Целью практического занятия является изучение методов анализа и синтеза многотактных схем и методов исключения критических состязаний.

Основные понятия

Понятие многотактной схемы

Важной составляющей теории дискретных устройств является теория многотактных схем (МС), изучающая дискретные устройства с памятью. Теория МС включает в себя анализ и синтез схем. Под синтезом МС понимается построение конкретной схемы по словесному описанию алгоритма функционирования устройства. Анализ МС включает в себя построение таблицы переходов и таблицы выходов по заданной схеме.

Многотактная схема отличается от комбинационной тем, что при одинаковых воздействиях на входах в различные моменты времени на ее выходах могут быть различные сигналы. Работа МС зависит не только от входного воздействия в данный момент времени, но и от поступления входных воздействий в предшествующие моменты времени.

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 1. Она является комбинационной, если контакт y не подключен параллельно контакту x₂. Напомним, что комбинационной является схема, значение сигнала на выходе которой в любой момент времени однозначно определяется значением сигналов на ее входах. Из таблицы истинности (табл. 1) видно, что одному и тому же входному состоянию, независимо от времени (такта) его поступления, соответствует одно и то же выходное состояние (например, такты 1 и 3). Эта схема реализует конъюнкцию от двух переменных x₁ и x₂.

Рис. 1. Релейно-контактная схема

Таблица 1

Таблица истинности комбинационной схемы

t	x1	x2	f

Изменим схему так, как показано пунктиром (см. рис. 1).

Табл. 2 описывает работу этой схемы во времени. Теперь одному и тому же входному состоянию в разные моменты времени (такты 1 и 3) соответствуют разные выходные состояния, т.е. схема стала многотактной. При поступлении входных сигналов x₁=0 и x₂=1 (кнопка x₁ отпущена, а кнопка x₂ нажата) включается реле Y и замыкает свой контакт y в цепи самоблокировки . После отпускания кнопки x₂ реле X₂ выключится, а реле Y останется включенным по цепи . Таким образом, цепь самоблокировки реле Y позволила запомнить факт нажатия кнопки x₂.

Таблица 2

Таблица изменения сигналов в МС

t	x1	x2	f

Для отмены запоминания нажатия кнопки x₂ необходимо выключить реле Y, т.е. нажать кнопку x₁. Сравнение двух вариантов схем, показанных на рис. 1, позволяет сделать вывод, что МС содержит в своей структуре реле Y – внутреннее реле, которое реализует память за счет цепи самоблокировки через собственный контакт. Признаком МС является наличие в цепях включения внутренних реле контактов этих же реле.

Общая структура МС, построенной с использованием реле, показана на рис. 2. Переменными x₁, x₂,…, x_n обозначены кнопки, нажатие которых приводит к включению входных реле схемы X₁, X₂,…, X_n. Они предназначены для фиксации значений входных переменных. Внутренние реле, реализующие алгоритм работы схемы (память схемы), обозначены как Y₁, Y₂,…, Y_m. Выходам схемы соответствуют переменные z₁, z₂,…, z_k.

Рис. 2. Общая структура многотактной схемы

Рассмотренный пример МС (см. рис. 1) показывает, что таблица истинности не может описывать работу схемы с памятью, потому что для неё не существует однозначного соответствия между входами и выходами. Поэтому для задания работы МС используются две таблицы – таблица переходов (ТП) и таблица выходов (ТВ).

Рассмотрим задачу анализа МС, которая формулируется следующим образом: по заданной схеме построить ТП и ТВ.