4.2. Виды элементов памяти
В п. 2.3 показано, что для построения любой комбинационной схемы необходимо иметь функционально-полный набор логических элементов (базис), например, {И, ИЛИ, НЕ}. Для построения любой многотактной схемы к функционально-полному набору элементов следует добавить еще элементы памяти: {И, ИЛИ, НЕ, ПАМЯТЬ}.
Элементы памяти (ЭП) можно разделить на два основных вида: ЭП без фиксации воздействия и ЭП с фиксацией воздействия.
Элементы памяти без фиксации воздействия. Данные ЭП имеют один вход х и один выход у (рис. 4.6). Из диаграммы их работы следует, что изменение сигнала на входе х с некоторой задержкой τ передается на выход у. При этом изменение сигнала запоминается только на время τ. Так работает линия задержки или электромагнитное реле (рис. 4.7). В последнем случае задержка τ определяется инерционностью срабатывания реле при притяжении и отпускании якоря.
Элементы памяти
с фиксацией воздействия.
Из всех видов ЭП с фиксацией воздействия
рассмотрим только один их основной вид
– элемент памяти типа RS (рис. 4.8). Он имеет
два состояния, которые обозначают 0 и
1, два входа S
и R
и два выхода у
и 
.
Сигнал логической 1 на входе S
переводит ЭП в состояние 1 (включает
его), на входе R
– в состояние логического 0 (выключает
ЭП). При нахождении ЭП в состоянии 1 на
его выходе у,
называемом прямым, имеется сигнал
логической 1, а на выходе 
,
называемом инверсным, – сигнал логического
0. На инверсном выходе появляется сигнал
логической 1, если ЭП находится в состоянии
0.
Из временной диаграммы работы ЭП RS-типа следует, что в нем происходит фиксация воздействия на входы R и S. Для переключения ЭП в противоположное состояние необходимо воздействие на соответствующий вход.
В ЭП данного типа на реле (рис. 4.9) при нажатии кнопки S срабатывает реле Y и остается под током при отпускании кнопки по цепи, проходящей через собственный фронтовой контакт. Обесточивание реле Y происходит при нажатии кнопки R.
Итак, как уже отмечалось, память в релейно-контактных схемах образуется за счет создания цепи самоблокировки. Непосредственно из рис. 4.9 следует логическая формула памяти
.
Элемент памяти данного типа на транзисторах называют RS-триггером (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Условное обозначение (а) и схема асинхронного RS-триггера (б)
Триггер состоит
из двух элементов, охваченных обратными
связями. Как уже указывалось, память в
функциональных логических схемах
образуется благодаря наличию обратных
связей. Покажем, что функция на выходе
у
описывается той же формулой. Имеем 
и 
.
Подставляя второе равенство в первое,
получаем 
.
Работа RS-триггера обычно записывается с помощью специальной таблицы — таблицы переходов (табл. 4.3). В ней буквами S n, R n, Y n и Y n+1 обозначены значения логических сигналов S и R и состояние триггера Y в моменты времени t n и t n+1 следующие друг за другом. Из табл. 4.3 видно, что состояние входов S = 1, R = 1 является недопустимым, так как в этом случае состояние RS-триггера не определено (~).
Таблица 4.3
|
t n |
t n+1 | |
|
S n |
R n |
Y n+1 |
|
0 |
0 |
Y n |
|
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
~ |
Решение задач анализа и синтеза многотактных схем зависит от вида применяемого ЭП. Тем не менее, многие этапы анализа и синтеза являются общими.