解决逻辑电路自启动问题的方式

解决逻辑电路自启动问题的方法在时序逻辑电路中，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。如果无效状态能回到有效状态时，称电路能够自启动。反之，则不能自启动。

能自启动的电路不会对电路工作状态造成影响，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。当电路加电时就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.

（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.

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.

（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( T =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.

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”1”, 电路重新预置, 恢复电路正常工作.

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.一般只要等于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.

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.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.

参考文献:

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