ТРИГГЕРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована в системах, к правильности функционирования которых представляются повышенные требования, например, в системах управления атомными электростанциями, движением поездов и т.д.
Известны триггерные устройства, реализующие функцию асинхронных R (или S) - триггеров, построенные на потенциальных логических элементах типа И, ИЛИ, НЕ (Агахонян Т.М., Плеханов С.П. Интегральные триггеры устройств автоматики. - М.: Машиностроение, 1978, рис.1.32).
Недостатком известных триггерных устройств является то, что неисправности, возникающие в их схемах и искажающие установленный алгоритм функционирования асинхронных R (или S) - триггеров, весьма сложно зафиксировать, так как эти устройства обладают низкой контролепригодностью. Поэтому при использовании известных устройств в системах, выполняющих ответственные функции, например, по управлению атомными электростанциями, движением поездов, необходимо для проверки правильности их функционирования использовать методы дублирования и сравнения состояний одноименных выходов или других контрольных точек обоих триггерных устройств, например, с помощью схем исключающее ИЛИ. При этом усложняется схема устройства, снижается его надежность, увеличивается потребление энергии, габариты и стоимость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является триггерное устройство, содержащее четыре элемента И-НЕ, в котором выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, выход третьего элемента И-НЕ соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ (Зельдин Е.А. Триггеры. - М.: Энергоатомиздат, 1983, рис.58).
Это устройство в исправном техническом состоянии реализует алгоритм функционирования асинхронного R (или S) - триггера. Недостатком данного устройства является низкая контролепригодность, так как неисправности, которые могут возникать в устройстве, весьма сложно зафиксировать.
Например, неисправность «константа 1» входа S известного устройства приведет к тому, что на его выходах Q и  будет присутствовать слово «10» независимо от сигналов на входе R, а неисправность «константа 0» того же входа, если она возникнет в момент, когда на входе присутствует сигнал «0», приведет к тому, что на выходах Q и  будет присутствовать слово «01» независимо от переключения сигнала на входе.
Неисправность «константа 0» входа R, если она возникла в момент, когда на входе S присутствует сигнал «1» приведет к тому, что на выходах Q и  устройства будет наблюдаться слово «10» независимо от смены сигнала на входе.
Как видно из выполненного анализа, при возникновении неисправности в схеме устройства-прототипа искажается алгоритм его функционирования. Однако зафиксировать этот факт весьма сложно, так как при работе неисправного устройства отсутствуют достоверные признаки, по которым можно было бы это сделать. Поэтому при необходимости использования данного устройства в системах, обеспечивающих выполнение ответственных функций, для контроля правильности его функционирования применяется метод дублирования и сравнения сигналов на идентичных выходах (в контрольных точках) основного и дублирующего устройства.
Задача полезной модели - повышение достоверности функционирования устройства.
Для этого в триггерное устройство, содержащее четыре элемента И-НЕ, причем выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, выход третьего элемента И-НЕ соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, введены шесть элементов И-НЕ, два элемента И, три элемента
ИЛИ и шесть элементов задержки, при этом выход третьего элемента И-НЕ соединен с первым входом четвертого элемента И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ через первый элемент задержки соединен с первыми входами двенадцатого элемента ИЛИ, четырнадцатого элемента И и первым выходом устройства, выход второго элемента И-НЕ через второй элемент задержки соединен с первым входом седьмого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом шестого элемента И-НЕ, выход шестого элемента И-НЕ соединен с вторым входом седьмого элемента И-НЕ и через шестой элемент задержки с первым входом пятого элемента И-НЕ, выход пятого элемента И-НЕ соединен с вторым входом четвертого элемента И-НЕ и через четвертый элемент задержки с первыми входами одиннадцатого элемента ИЛИ, пятнадцатого элемента И и вторым выходом устройства, выход четвертого элемента И-НЕ соединен с вторым входом пятого элемента И-НЕ и через третий элемент задержки с первым входом восьмого элемента И-НЕ, выход восьмого элемента И-НЕ соединен с первым входом девятого элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом восьмого элемента И-НЕ и через пятый элемент задержки с вторым входом первого элемента И-НЕ, прямой вход установки в «1» соединен с вторым входом пятнадцатого элемента И, выход которого соединен с первым входом тринадцатого элемента ИЛИ, выход тринадцатого элемента ИЛИ соединен с вторыми входами девятого и шестого элемента И-НЕ, инверсный вход установки в «1» соединен с вторым входом двенадцатого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом десятого элемента И-НЕ, выход десятого элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ, прямой вход установки в «0» соединен с третьим входом двенадцатого элемента ИЛИ и вторым входом четырнадцатого элемента И, выход которого соединен с вторым входом тринадцатого элемента ИЛИ, инверсный вход установки в «0» соединен с третьим входом пятнадцатого элемента И и вторым входом одиннадцатого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом десятого элемента И-НЕ, вход установки в «0» устройства соединен с третьим входом четырнадцатого элемента
И, четвертым входом пятнадцатого элемента И, вторым входом третьего элемента И-НЕ и третьими входами второго и пятого элементов И-HE.
Кроме того, второй, третий, пятый, шестой элементы задержки имеют время задержки больше, чем время задержки на переключение логических элементов устройства, а первый и четвертый элементы задержки имеют время задержки большее, чем время задержки второго, третьего, пятого и шестого элементов задержки.
Предложенное устройство было получено не путем минимизации или других преобразований функций алгебры логики (ФАЛ), описывающих схему триггера-прототипа. Это доказывается тем, что функции, реализуемые на одноименных выходах Q и  прототипа и заявляемого устройства, являются различными. При использовании формальных методов решения схемотехнических задач при получении схемы заявляемого устройства из схемы прототипа функции одноименных выходов обоих устройств были бы идентичны.
Функциональная схема заявляемого устройства изображена на чертеже.
Триггерное устройство содержит десять элементов 1...10 И-НЕ, три элемента 11, 12, 13 ИЛИ, два элемента 14, 15 И, шесть элементов 16.1...16.6 задержки, прямой вход установки в «1» 17, инверсный вход установки в «1» 18, прямой вход установки в «0» 19, инверсный вход установки в «0» 20, первый 21, второй 22 выходы и вход 23 установки в исходное состояние.
Элементы задержки 16.1...16.6, примененные в заявляемом устройстве, могут быть выполнены в виде конденсаторов небольшой (несколько сотен пикофарад) емкости.
Устройство имеет следующие соединения. Выход первого элемента 1 И-НЕ соединен с первым входом второго элемента 2 И-НЕ. Выход третьего элемента 3 И-НЕ соединен с первым входом четвертого элемента 4 И-НЕ и вторым входом второго элемента 2 И-НЕ, выход которого соединен с первым входом первого элемента 1 И-НЕ. Выход четвертого элемента 4 И-НЕ соединен
с первым входом пятого элемента 5 И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента 4 И-НЕ. Выход шестого элемента 6 И-НЕ соединен с первым входом седьмого элемента 7 И-НЕ, выход которого соединен с первым входом шестого элемента 6 И-НЕ. Выход восьмого элемента 8 И-НЕ соединен с первым входом девятого элемента 9 И-НЕ, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента 8 И-НЕ. Кроме того, выход первого элемента 1 И-НЕ через первый элемент задержки 16.1 соединен с первыми входами двенадцатого и четырнадцатого элементов 12 ИЛИ, 14 И, и первым выходом 21 устройства. Выход второго элемента 2 И-НЕ через второй элемент задержки 16.2 соединен с вторым входом седьмого элемента 7 И-НЕ. Выход четвертого элемента 4 И-НЕ через третий элемент 16.3 задержки соединен с вторым входом восьмого элемента 8 И-НЕ. Выход пятого элемента 5 И-НЕ через четвертый элемент 16.4 задержки соединен с первыми входами одиннадцатого и пятнадцатого элементов 11 ИЛИ, 15 И. Прямой вход установки в «1» 17 соединен с вторым входом пятнадцатого элемента 15 И, выход которого соединен с первым входом тринадцатого элемента 13 ИЛИ. Инверсный вход установки в «1» 18 соединен с вторым входом двенадцатого элемента 12 ИЛИ, выход которого соединен с первым входом десятого элемента 10 И-НЕ. Прямой вход установки в «0» 19 соединен с третьим входом двенадцатого элемента 12 ИЛИ и вторым входом четырнадцатого элемента 14 И, выход которого соединен с вторым входом тринадцатого элемента 13 И. Инверсный вход установки в «0» 20 соединен с третьим входом пятнадцатого элемента 15 И и вторым входом одиннадцатого элемента 11 ИЛИ, выход которого соединен с десятым элементом 10 И-НЕ. Вход установки в «0» устройства 23 соединен с третьим и четвертым входами элементов 15 И и 14 И, вторым входом третьего элемента 3 И-НЕ и третьими входами второго и пятого элементов 2 И-НЕ и 5 И-НЕ.
1
2
1
2
1
2
1
2
Триггерное устройство работает следующим образом. Сигналы, поступающие на информационные входы 17 (S), 18 (S), 19 (R), 20 (R), являются парафазными (т.е. всегда S=S R=R). Установка устройства в исходное
состояние осуществляется импульсным сигналом логического «0», подаваемого на вход 23.
Выход 21 принят в качестве прямого (Q), а выход 22 - в качестве инверсного () выходов устройства. В течение времени действует импульс установки устройства в исходное состояние, подаваемый на его вход 23. Пусть при этом на входах 17, 18, 19, 20 устройства присутствует слово «0101», а на выходах 21, 22 - слово «01». Тогда в момент времени окончания импульса установки при том же входном слове сигнал на выходах 21, 22 не изменяется, что соответствует режиму хранения информации (S=0, R=0) в аналогичном по алгоритму функционирования асинхронном (R) - триггере-прототипе.
Эта информация будет храниться в описываемом устройстве до момента времени, когда на входы 17, 18, 19, 20 устройства поступает слово «1001», под действием которого после срабатывания соответствующих элементов устройства на его выходах 21, 22 формируется слово «10».
Эта фаза работы в описываемом устройстве соответствует режиму записи «1» в прототипе. Данное состояние выходов 21, 22 устройства сохраняется до момента времени, когда на входы 17, 18, 19, 20 устройства поступает слово «1010», под действием которого после срабатывания соответствующих элементов устройства на его выходах 21, 22 формируется слово «01».
Эта фаза работы в описываемом устройстве соответствует режиму записи «0» в прототипе.
Изменение состояния выходов 21, 22 произойдет только после поступления на входы 17, 18, 19, 20 устройства слова «1001», после прорабатывания соответствующих элементов его схемы. При этом на выходах 21, 22 устройства вновь будет сформировано слово «10».
Таким образом, описываемое устройство в исправном техническом состоянии реализует алгоритм функционирования асинхронного R - триггера.
Рассмотрим работу заявляемого триггерного устройства при возникновении в его схеме неисправностей. Пусть, например, на входе 17 устройства
имеется неисправность «константа 0». При этом возможны два варианта его функционирования. На входы 17, 18, 19, 20 устройства в тот момент поступает слово «1001». На входе элемента 15 И будет сигнал «0», на выходе элемента 11 ИЛИ сигнал «1», на входе элемента 14 И сигнал «0», на выходе элемента 12 ИЛИ сформируется сигнал «0». Далее, на выходах элементов 13 ИЛИ и 10 И соответственно будут сформированы сигналы «0» и «1», на выходе элемента 3 И-НЕ - сигнал «0».
После переключения элемента 4 И-НЕ, когда на его выходе появится сигнал «1», на выходе элемента 5 И-НЕ сформируется сигнал «0», и на информационном выходе с задержкой, определенной элементом задержки 16.4, сформируется сигнал «0».
Таким образом, на обоих выходах 21, 22 устройства установятся сигналы «00», что свидетельствует о неправильной работе устройства. Устройство блокируется в описанном состоянии, причем на выходах элементов 1, 7, 5, 8 И-НЕ в этом состоянии будут иметься сигналы «0», а на выходах элементов 2, 6, 4, 9 - сигналы «1». Описанное состояние не будет меняться при любой комбинации наборов, поступающих на его входы 17, 18, 19, 20.
Для приведения устройства в исходное состояние (после устранения указанного дефекта) необходимо подать импульс установки на его вход 23. После этого заявляемое устройство будет работать по алгоритму асинхронного R - триггера. Если же в момент возникновения неисправности «константа 0» входа 17 устройства оно находилось в состоянии, когда на его выходах 21, 22 присутствует слово «10», то при наличии на входах 17, 18, 19, 20 слова «1010» состояние элементов схемы не изменится. Блокировка устройства произойдет после поступления на входы 17, 18, 19, 20 слова «1001», после перерабатывания соответствующих элементов его схемы. При этом на выходах 21, 22 устройства вновь будет сформировано слово «00».
Можно показать, что и любые другие неисправности, которые могут возникнуть в схеме заявляемого устройства, приведут к тому, что оно перейдет
в состояние, при котором на обоих его выходах 21, 22 будут присутствовать слова «11» или «00».
Устройство при этом останется в указанном состоянии до тех пор, пока не будет с помощью сигнала установки в «0» приведено в исходное состояние.
Таким образом, заявляемое устройство обладает признаками, позволяющими достоверно судить о его техническом состоянии. Данное устройство, находящееся в исправном техническом состоянии, всегда будет иметь на выходах 21, 22 слова «01» и «10», т.е. его выходные сигналы будут парафазными. Неисправное же устройство всегда будет формировать на своих выходах 21, 22 слова «11» или «00», т.е. его выходные сигналы обязательно будут одинаковыми.
Следовательно, предложенное устройство имеет высокую степень достоверности функционирования и его использование в системах, выполняющих ответственные функции, будет более эффективным.
Преимущества заявляемого устройства заключаются в том, что оно, во-первых, обладает высокой достоверностью функционирования, а во-вторых, построено таким образом, что любая неисправность его схемы приводит устройство в специальное контрольное состояние.
Указанные преимущества позволяют использовать описанное триггерное устройство в системах, выполняющих ответственные функции, например, по управлению атомными электростанциями, движением поездов и т.д.