Состязания в многотактных схемах и их исключение

Одной из задач, решаемых при исследовании поведения МС, является проверка ее на устойчивость работы. Основным фактором, определяющим устойчивую работу схемы, является корректное использование (учет) временных соотношений срабатываний входных и внутренних реле.

Пусть имеется схема с памятью, изображенная на рис. 6. При поступлении входных сигналов x₁x₂=11 (нажаты обе кнопки) включается реле Y и замыкает свой фронтовой контакт в цепи самоблокировки. По алгоритму работы после отпускания кнопки x₁ реле X₁ выключится, но реле Y должно остаться включенным. Если время отпадания якоря реле Y меньше, чем этот же параметр у реле X₁, то при замыкании размыкающего контакта x₁ в цепи самоблокировки последняя уже будет разомкнута контактом y. Реле Y выключится и алгоритм работы схемы нарушится. Таким образом, работа данной схемы зависит от соотношения временных параметров входного реле X₁ и внутреннего реле Y. Если не учитывать этот фактор, то схема будет работать неустойчиво.

Рис. 6. Схема с памятью

Из примера видно, что для исключения возможных искажений в работе схемы из-за разброса временных параметров реле, необходимо в цепи самоблокировки сохранять сигнал y до полного переключения контакта реле X₁. Очевидно, что анализ МС на устойчивость работы по ее схеме возможен только для простейших случаев. Для анализа сложных схем целесообразно использовать кодированную ТП.

Проанализируем работу схемы, изображенной на рис. 3 по ее кодированной ТП (табл. 3).

Рассмотрим клетку (1, 010). В ней задан переход из состояния 3 (Y₁=0, Y₂=1, Y₃=0) в состояние 2 (Y₁=0, Y₂=0, Y₃=1). При этом реле Y₂ должно выключиться, а реле Y₃ – включиться. Особенность данного перехода состоит в том, что в схеме возникают условия для одновременного изменения состояния двух реле.

Явление, когда в схеме возникают условия для изменения состояния одновременно двух или более реле, называется состязанием реле. Признаком наличия состязаний является следующее: код, записанный в клетке, отличается от кода строки, в которой находится клетка, в двух и более разрядах. В данной ТП имеется два случая состязаний реле, отмеченные знаком «+» (см. табл. 3). Продолжаем рассмотрение перехода 3→2. Обозначим за t₂ – время выключения реле Y₂, а за t₃ – время включения реле Y₃. В данном переходе возможны два случая соотношения временных параметров: t₂ < t₃ и t₂ > t₃. В первом случае реле Y₂ выключится раньше, чем включится реле Y₃ и поэтому схема из состояния 3 попадет в состояние 1 <000> (рис. 7). Это состояние является устойчивым. Попав в него, схема в нем и останется. При этом алгоритм работы МС нарушается: вместо состояния 2 схема перешла в состояние 1.

Рис. 7. Устранение критического состязания в клетке (1, 011) таблицы переходов

Состязания, в результате которых нарушается алгоритм работы схемы, называются критическими. Их необходимо исключать.

Во втором случае реле Y₃ включится раньше, нежели выключится реле Y₂. Поэтому схема из состояния 3 перейдет в состояние 4 с кодом 011. Состояние 4 неустойчиво, и из него схема перейдет в состояние 2 (рис. 7). Таким образом, схема переходит в то состояние, которое и требуется. Алгоритм работы не нарушается и состязания не являются критическими.

Известно четыре способа исключения критических состязаний:

– введение временных задержек;

– преобразование ТП;

– специальное кодирование состояний МС;

– синхронизация внешних и внутренних сигналов.

Рассмотрим второй способ исключения критических состязаний – преобразование ТП.

Преобразование ТП является универсальным способом. Этот способ исключает зависимость работы схемы от соотношения временных параметров реле. Будем назвать непосредственный переход схемы из состояния S_i в состояние S_j однотактным и обозначать S_i→S_j (например, 3→2). Переход схемы из состояния S_i в состояние S_j через несколько промежуточных состояний будем называть многотактным и обозначать S_i → S_k → S_m → … → S_j. К примеру, 3→4→2 – двухтактный переход.

Преобразование ТП заключается в замене однотактного перехода на многотактный. При этом во всех однотактных переходах, образующих многотактный, изменяется состояние только одного релде, чем исключаются состязания. Например, заменим в таблице 5 переход 3→2 на переход 3→4→2 в клетке (1, 010), т.е. сначала включим реле Y₃ (3→4), а затем выключим реле Y₂ (4→2). Чтобы это сделать, надо преобразовать ТП. В клетке (1, 010) надо вместо кода состояния 2 = 001 проставить код состояния 4 = 011. Полученный переход 3→4→2 иллюстрируется рис. 7.

Рассмотрим второй случай состязаний в клетке (0, 000). В ней задан переход 1→4. Одновременно изменяют свое состояние реле Y₂ и Y₃. При t₂<t₃ схема имеет двухтактный переход 1→3→4, а при t₃<t₂ – двухтактный переход 1→2→4. Имеем случай некритических состязаний и в данном случае никаких мер принимать не надо. Возможные переходы схемы для рассматриваемого случая обозначены изображены на рис. 8, а преобразованная ТП показана в табл. 5.

Рис. 8. Возможные переходы из клетки (0, 000) в клетку (0, <011>) таблицы переходов

Таблица 5

Кодированная таблица переходов, свободная от критических состязаний

Таким образом, рассмотрев в табл. 3 все случаи состязаний и устранив критические, можно перейти к структурному синтезу схемы. Данная задача является обратной задаче анализа и в общем виде формулируется следующим образом: по заданным ТП и ТВ необходимо построить схему.