2.12. Состязания в дискретных автоматах.

Ранее считалось, что при изменении состояний дискретного автомата входные и внутренние переменные изменяются мгновенно. В реальных условиях изменение значения сигнала на входе дискретного автомата вызывает изменения сигналов в промежуточных узлах комбинационной схемы с некоторым отставанием по времени, определяемым инерционными свойствами логических элементов. В результате если между входом и выходом дискретного автомата имеется несколько путей с разными временами прохождения сигнала, то в переходный период на выходе возможно появление кратковременного сигнала (всплеска), не соответствующего статическим состояниям входов.

В контактных схемах появление такого сигнала связано с неодновременным переключением (замыканием или размыканием) разных контактов одного реле.

Такое явление получило название состязаний цепей или сигналов в комбинационных схемах.

Если в результате состязания не нарушается функционирование дискретного автомата (нет непредвиденных включений или выключений выходных элементов и элементов памяти), то такие состязания называются допустимыми (некритическими), в противном случае состязания будут недопустимыми (критическими).

Определим условия появления состязаний цепей в комбинационной схеме при единичном изменении сигнала на одном из входов дискретного автомата.

Рассмотрим реализацию функции  F  в двух формах: в форме ДНФ и в форме КНФ.

.

Этим формам соответствуют схемы, приведенные на рис. 5.24.

Рис. 5.24. Элементарные системы, создающие состязания

В статическом состоянии обе схемы эквивалентны. Однако в переходные периоды при  а = b = 1  и изменении состояния входа  х  в схеме на рис. 5.24, а возможен  кратковременный  разрыв  цепи (появление нулевого всплеска). Это произойдет, если контакт    разомкнется раньше, чем замкнется  х. Во второй схеме при заданных условиях цепь будет замкнута все время. Аналогично при  а = b = 0  в статическом состоянии все цепи будут разорваны, но при изменении состояния входа  х  в схеме на рис. 5.24, в  возможно кратковременное замыкание цепи (появление единичного всплеска).

Не приводя здесь строгих доказательств, которые имеются в специальной литературе [4], отметим следующие важные свойства комбинационных схем, связанные с состязаниями:

1)  Появление всплесков, вызванных состязаниями на выходе дискретного автомата, возможно только при наличии взаимоинверсных сигналов (разноименных контактов) в цепи комбинационной схемы.

2)  Когда некоторая цепь комбинационной схемы выражена в ДНФ (в виде суммы произведений), то при изменении одной переменной в этой цепи возможен только нулевой всплеск.

3)  Если цепь комбинационной схемы моделируется КНФ (произведением сумм), то при изменении одной переменной в данной цепи возможен только единичный всплеск.

Следовательно, если при синтезе дискретных систем управления применять логические функции в форме ДНФ и использовать на выходе дискретного автомата в качестве выходных элементов и элементов памяти статические триггеры, то в таких системах не могут возникнуть недопустимые состязания, так как возникающие при состязаниях нулевые всплески не влияют на состояния триггеров.