解决逻辑电路自启动问题的新方法

第14卷第3期

2005年7月

云南民族大学学报(自然科学版)

Jou rnal o f Y unnan N ationa lities U n i versity(N a t ura l Sc iences Editi on) V o. l 14, N o . 3Ju. l 2005

解决逻辑电路自启动问题的新方法

罗守恒 刘涵哲

(云南民族大学物理与电子电气工程学院, 云南昆明650031)

*

摘 要 逻辑电路自启动问题的典型解决方法, 应用广泛, 逻辑性强; 但它也有不足之外. 在掌握典型方法的基础上, 把新的解决方法:加电预置电路和检测复位电路作为典型解决方法的补充, 可以起到取长补短的作用.

关键词 逻辑; 时序; 自启动 中图分类号 TN 791

文献标识码 A

文章编号 1672! 8513(2005) 03-0262-03

A N e w M ethod of Solvi ng Self-start up i n Log ic C i rcu its

L UO Shou heng

LI U H an zhe

(Schoo l o f Physics and Infor m ati o n Techno l o gy , Yunnan N ationaliti e s Un i v ersity , 650031, Ch i n a) Abst ract :The typica lm ethod o f solv i n g self-startup i n log ic circuits w ith strong log ic preference has m any app lications . But it has d isadvantages , i n order to find ou t ne w m ethod on the basi s of typica lm ethods , w e intro duced prefabricated circu it and reposition checking circuit i n log ic circu its to d i s pe l the d isadvantages .

K ey words :log ic ; ti m e-sequence ; se lf-start u p

在时序逻辑电路的设计中, 当逻辑电路可能出现的总状态数不等于有效状态时, 就会有无效状态. 如果无效状态能自动回到有效状态, 称电路能自启动; 反之, 称电路为不能自启动.

能自启动的电路不会对电路工作造成影响, 但不能自启动的电路会对电路的可靠性及稳定性形成较大的隐患. 当电路加电时, 有可能偶然落入无效状态, 这时电路将不能正常工作. 在电路正常工作时, 如果受外部意外的干扰, 也可能落入无效状态, 此时电路的正常工作将被终止、并出错. 所以自启动问题是数字电路系统设计中必须解决的问题.

关系, 断开无效循环并把无效状态引导至有效状态,

使电路的状态图形成能自启动的状态图, 从而解决不能自启动的问题.

现用文献[1]中的3位扭环形计数器(图1) 为例来说明:无效状态010和101形成一个无效循环, 所以电路不能自启动. 解决的方法是断开无效循环, 把无效状态101引导至有效状态110上, 完成自启动, 最后设计结果如图2所示

.

1 自启动问题的典型解决方法

自启动问题是设计过程中必须考虑的问题. 自启动问题在相关书籍和文章中, 都有较经典的解决方法. 为叙述方便, 以时序电路设计中的典型设计! ! ! 计数器电路的设计为例来说明.

在计数器中, 如果无效状态形成循环(无效循环), 则电路不能自启动(无效状态不能回到有效状态). 解决方法通常是修改无效循环中的状态转换

*

图1 扭环形计数器

此方法直接、彻底的解决了自启动问题. 但这个方法有一个很大的局限性:当无效循环较多时, 把无效状态一个一个的引导至有效状态的步骤可能很繁杂, 要有一定的经验和技巧, 虽然最后都能解决自启

收稿日期:2005-01-05

作者简介:罗守恒(1948~), 男(汉族), 云南昆明人, 副教授, 主要从事数字电子技术的教学与研究.

第3期 罗守恒, 等:解决逻辑电路自启动问题的新方法

动问题, 但最终的设计结果可能会很复杂. 对于设计过程困难、设计结果复杂的设计, 是否还有另外的设计方法呢? 这就是本文讨论的要点

.

装检测复位电路, 就能解决电路的自启动问题. 例如:在图1上加装检测复位电路后, 图4所示电路就能很好的解决逻辑电路的自启动问题. 图4电路在打开电源的瞬间, 电容C 使电路处在一个有效状态111(与加电预置电路相似, 可任选一个有效状态来预置. 由于加电瞬间电容电压为零, 异步置位端使触发器瞬间置∀1#, 而采集电路采集到的111状态, 又使电容电压瞬间升高为∀1#, 异步置位端的置位作用消失, 电路开始正常工作), 解决了自启动的预置问题. 检测逻辑电路工作是否正常的信息, 由采集电

图2 自启动扭环形计数器

路:三输入端与门和二极管D 完成; 电路正常工作时, 采集电路能循环采集到有效状态111, 并能定时对电容C 充电, 使触发器的异步置位端始终为∀1#, 不影响电路的正常工作; 当电路工作不正常时, 电容C 通过电阻R 放电, 使触发器的异步置位端电压下降为∀0#, 电路重新预置, 恢复电路正常工作

.

2 加电预置电路和检测复位电路解决自启动问题

首先想到的是加电预置, 在打开电源的瞬间, 使电路处在一个有效状态下, 从而避免进入无效状态, 来解决自启动问题. 图3电路在打开电源的瞬间, 电路处在111状态(可任选一个有效状态来预置. 由于加电瞬间电容电压为零, 异步置位端使触发器瞬间置∀1#. 加电后、电容电压很快升高为∀1#, 触发器异步置位端的置位作用消失, 电路开始正常工作). 电阻R 的阻值应能保证触发器的异步置位端为∀1#. 电容C 的容量由置位时间的长短决定( =RC), 只要置位时间大于触发器的翻转时间就可以使电路正常工作

.

图4 检测复位电路

电阻R 的阻值应能保证触发器的异步置位端为∀0#; 电容C 决定电路的放电时间, 它必须保证在一个有效循环的整个周期内, 电容两端的电压始终保持为∀1#, 所以 =RC 必须大于一个有效周期T. 一般只要 =2T , 电路就能可靠工作. 如果 太大, 当电路工作不正常时, 会使电路的恢复响应时间增大.

图3 加电预置电路

3 总结

加电预置电路、检测复位电路与常规典型解决方法相比较, 各有所长、各有所短.

加电预置电路解决自启动问题:电路结构简单, 设计容易, 但电路工作的稳定性稍差, 但只要解决电路布线干扰问题, 也能满足一般电路的要求.

检测复位电路解决自启动问题:电路结构可能会复杂一点, 但设计容易, 并可以保证电路工作的高可靠性.

常规典型解决方法:电路结构有时会很复杂, 设计过程繁杂、并有一定的难度. 电路工作同样也具有

加电预置的方法虽然简单, 但它无法避免电路受外部意外干扰, 落入无效状态的可能. 也就是电路的可靠性还有一定的问题. 如何解决这个问题? 在工业逻辑控制电路中, 为使逻辑电路的可靠性得到充分的保证, 采用了一个称之为∀看门狗电路#的技术, 基本原理是∀看门狗电路#定时采集逻辑电路的工作信息, 当电路工作不正常时, 立即发出一个中断申请, 使逻辑电路初始化重起, 恢复电路的正常工作.

按照上面的思路, 只要在不能自启动电路上加

云南民族大学学报(自然科学版) 第14卷

高可靠性.

检测复位电路的方法是一种非常规的解决方案, 由于它借鉴了提高工业逻辑控制稳定性的方法, 设计出来的电路稳定、可靠, 并能方便的完成设计工作. 这在典型解决方法较困难时, 就更能发挥出它的优势. 参考文献:

检测复位电路的方法要应用到其它方面的知识, 知识相对比较综合. 在借鉴时, 也不是完全照搬

原来的方法, 而只是借鉴了它的思路, 把原来的逻辑处理方法进行了电路化处理. 它使解决自启动问题的设计方法更加多样化.

[1] 清华大学电子学教研组编, 余孟尝主编. 数字电子技术基础简明教程(第二版) [M].北京:高等教育出版社, 2000. 329. [2] 华中工学院电子学教研室编, 康华光. 电子技术基础数字部分(第三版) [M].北京:高等教育出版社, 1988. [3] 清华大学电子学教研组编, 闫石. 数字电子技术基础(第三版) [M].北京:高等教育出版社, 1989. [4] 童诗白, 徐振英. 现代电子学及应用[M].北京:高等教育出版社, 1994. [5] 李大友. 数字电路逻辑设计[M ].北京:清华大学出版社, 1997.

[6] 陈跃斌. 时序电路自启动的一种设计方法[J].云南民族学院学报(自然科学版), 1997, 6(2):31-34.

(责任编辑 高 飞)

(上接第261页)

4 结语

该课题集数字、模拟技术, PLC , 继电-接触控制, 变频技术知识为一体, 既能综合巩固学生所学的参考文献:

专业知识, 达到训练学生实际设计能力的目的, 也能

用于生厂实际. 现已成功地应用于某药厂, 从一年多的运行结果表明, 此系统运行稳定可靠, 稳压精度高, 节约能源, 具有较好的经济效益.

[1] 胡学林. 可编程控制器教程[M ].北京:电子工业出版社, 2003. [2] 童诗白. 模拟电子技术基础[M ].北京:人民教育出版社, 1981. [3] 余孟尝. 数字电子技术基础[M ].北京:高等教育出版社, 1984.

[4] 张燕宾. SP WM 变频调速应用技术(丛书) [M ].北京:机械业出版社, 1997.

[5] 李先祥, 斯燕跃. PLC 控制器的变频自动恒压供水系统设计[J].电气自动化, 2002(6):.

(责任编辑 高 飞)