或非门的反馈

当把两个或非门通过反馈的方式连接起来后, 如下所示:

双或非门反馈

这里, 一个或非门的输出作为另一个的输入, 彼此都是如此, 其实并不存在谁先谁后.

为突出这一点, 将整个连接做一个等价的变换, 变成如下一上一下交叉形式的连接:

双或非门反馈, 等价连接

上述连接与前面的是等价的, 不过它更好体现了输出互为输入的特性, 这里存在一种互相反馈.

注意观察两个输出的地方.

在上面的第一个输出 O1 因为处在中间, 在上述第一种画法下可能不认为它也是个输出.

而交叉形式的画法突出了两个输出, 但其实都是一样的.

初始状态

或非门的真值表如下:

A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

因此, 两个或非门一开始假如输入都是低电平的情况下, 输出是高电平:

双或非门, 无反馈初始状态

假如现在先把上面的输出反馈到下面的输入中, 则下面的或非门因为有一个高电平输入, 输出就变成了低电平:

双或非门反馈, 一种接法

现在, 再把下面的输出反馈到上面的输入中, 因为两个都是低电平, 整体电路状态不变, 处于一个稳定状态:

双或非门反馈, 一种稳定状态

这也是一开头时看到的状态.

另一种初始状态

现在, 假设来说, 还是从两个分开的或非门开始, 但这一次先把下面的输出反馈到上面的输入中来:

双或非门反馈, 另一种接法

则上面的或非门因为有一个高电平输入, 输出就变成了低电平, 再把这个低电平反馈到下面的输入中, 因为都是低电平, 电路总体状态不变:

双或非门反馈, 另一种稳定状态

这也是一个稳定状态, 但与前一个是不一样的, 而造成这两种状态不同的原因则是连接的顺序.

输入均为零时的两种稳态

现在, 将两者作为一个整体去看待:

双或非门反馈, 带输入输出标签

  • 两个输入: I1I2;
  • 两个输出: O1O2.

那么在输入均是低电平的情况下, 其实可以有两种不同的输出:

双或非门反馈, 输入均为低电平, 两种输出状态

两种情况都是稳定的. 因此当输入都是低电平时, 输出的情况是不确定的, 两种状态中的任何一种都是可能的.

让某个输入为高电平

现在, 让其中一个输入变为高电平, 再来看输出的情况.

假设把上面的输入变为高电平, 来分析下. 根据或非门的特性, 只要有一个高电平, 输出就是低电平.

因此, 虽然前面一开始另一个输入处有两种可能, 但只要开关控制的输入置入了高电平, 输出就一定会变成低电平.

双或非门反馈, 不同状态同时回到同一种状态

注: 其中左边因为初始状态即与目标状态一致, 所以实际没有变化.

这个输出的低电平进一步反馈到下面的输入中, 由于下面两个输入都是低电平, 因此输出是高电平. 这个高电平反馈到上面的输入处, 上面两个都是高电平, 输出还是低电平不变, 因此整个电路进入一个稳定状态.

经过上述分析, 不难发现, 尽管初始具有两种状态, 但只要上面的开关置入高电平, 而下面的开关保持低电平, 电路的输入就一定会进入如下状态:

  • 输出 O1 是低电平;
  • 输出 O2 是高电平;

复位(reset)

更进一步的, 假如此时撤掉上面开关输入的高电平, 因为另一处还是高电平, 所以输出还是低电平保持不变.

双或非门反馈, 复位

而这个输出作为下面反馈的输入, 它不变, 下面或非门的输出自然也还是不变, 依旧是高电平, 而这个高电平再度反馈回到上面, 就保持住了上面或非门的输出状态.

概括地讲, 保持 I2 为低电平, 让 I1 置入高电平, 就一定能使 O1 变成低电平, 并且当 I1 回到低电平时, O1 依然处于低电平不变.

O2 的状态则与 O1 相反.

因此, 我们说, I1 可以使 O1 复位, 然后保持在这个状态, 具有 记忆 效应.

所谓复位, 也即是让处在低电平上, 并保持在这个状态下.

置位(set)

现在 I1 使 O1 复位 了, 并且 I1 也回到了低电平. 此时, 假如把 I2 置入高电平, 会是什么情况呢?

现在下面的或非门因为两个输入均是低电平, 所以输出是高电平. 而一旦一个输入变成高电平, 根据或非门的特性, 输出就会变成低电平.

这个低电平再反馈到上面或非门的输入中, 则上面的或非门现在两个输入都变成了低电平, 因此输出变成高电平, 这个高电平再反馈到下面的输入中, 两个高电平, 输出还是低电平, 电路进入一个新的稳定状态:

双或非门反馈, 置位

假如此时撤掉下面开关输入的高电平, 因为另一处输入还是高电平, 所以输出还是低电平保持不变.

双或非门反馈, 置位状态保持

而这个输出作为下上面反馈的输入, 它不变, 上面或非门的输出自然也还是不变, 依旧是高电平, 而这个高电平再度反馈回到下面, 就保持住了下面或非门的输出状态.

概括地讲, 保持 I1 为低电平, 让 I2 置入高电平, 就一定能使 O1 变成高电平, 并且当 I2 回到低电平时, O1 依然处于高电平不变.

O2 的状态同样还是与 O1 相反.

因此, 我们说, I2 可以使 O1 置位.

所谓置位, 也即是让处在高电平上, 并保持在这个状态下.

而假如电路一开始就是处在置位的状态下, 则 I2 的置位操作依然是让电路继续处在该状态下.

总之, 保持 I1 为低电平情况下, I2 总是可以让电路置位, 然后保持在这个状态, 同样具有 记忆 的效应.

输入均为高电平

如果输入都置入高电平, 则根据或非门有一个输入是高电平, 输出一定是低电平的特性, 则输出均变成低电平.

这两个低电平各种反馈到对方的输入中, 因为另一处输入高电平的存在, 输出依旧是低电平不会改变. 电路处在一个稳定状态下.

概括来讲, 无论之前电路是何种状态, 当两个输入 I1I2 均置入高电平时, 两个输出 O1O2 则均处于低电平:

双或非门反馈, 输入均为高电平

两个输入高电平同时撤销

两个输入均是高电平时, 输出均是低电平. 如果撤掉其中一个, 则结果要么是 置位, 要么是 复位.

但如果两个同时撤掉呢? 这时情况就有点微妙了. 在前面我们已经知道, 两个输入均是低电平时, 其实是可以有两种不同的稳态的.

同时撤掉的情况其实就有点类似于"抢答"的情况, 尽管从理论上讲, 严格的同时发生的情况是存在的, 但实际上, 始终是有一个要先那么一点点或者说快那么一点点, 因此最终情况还是相当于有一个先撤掉, 这时结果要么是复位, 要么是置位, 然后另一个再撤掉, 由于记忆效应, 电路依然维持之前的状态.

但具体是复位还是置位状态, 这个就不确定了. 因此, 同时从高电平回到低电平的情况应该避免.

甚至来讲, 根本就不应该让输入同时处于相同状态下, 无论是高电平还是低电平, 这样就不会有不确定的情况了.

具体的办法后续的章节再去探讨.

总结

现在, 总结一下几种情况, 如下表:

I1 I2 O1 O2
不确定 不确定

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