S-R 锁存器：原理、竞态条件与实际应用

双稳态多谐振荡器有两稳定状态，故前缀 bi。一状态称置位，另一称复位. 最基本形式是置位-复位 (S-R) 锁存器。

构建 S-R 锁存器，将两个或非门交叉耦合，每门输出反馈到另一门输入，形成下图经典拓扑：

输出 Q 和 ¬Q 预期互补。若 S 和 R 同时驱高，两输出均落 0——这是锁存器的无效或非法状态。反之，S=1、R=0 “置位”锁存器 (Q=1, ¬Q=0)；S=0、R=1 “复位” (Q=0, ¬Q=1)。两输入均为 0 时，锁存器保持先前状态。

相同逻辑可用梯形逻辑表达，达相同结果：

S-R 锁存器：原理、竞态条件与实际应用

按定义，Q=1、¬Q=0 为置位；Q=0、¬Q=1 为复位。电路上电瞬间，两门或继电器均去激励，使锁存器处于相同输出状态——不稳定情况。器件将迅速解析到置位或复位，因一元件反应略快。

若两元件完美匹配，上电时可能像无稳态多谐振荡器振荡，永不稳定。虽完美匹配罕见，但短暂振荡周期几乎不可避免，导致上电后最终状态不可预测。这种不可预测性源于两继电器 (CR₁ 和 CR₂) 间的竞态条件。

竞态条件指两个互斥事件由单一原因同时触发。此锁存器中，继电器常闭互锁触点阻止两者同时锁存。当两线圈均去激励——如完全断电后——各继电器尝试通过对方触点锁存，先通电者获胜，迫使另一保持关断。结果取决于元件公差而非设计，故上电后状态不确定。

为消除竞态，可插入延时继电器给一继电器明显优势。下图演示此法：

S-R 锁存器：原理、竞态条件与实际应用

上电时，延时触点 TD₁ 保持断开 1 秒，阻止 CR₂ 经 CR₁ 通电。CR₁ 先得电、通电，继而打开其常闭触点，确保 CR₂ 无法锁存。系统因此可预测地在复位态 (S=0, R=0) 上电。

竞态不限于继电器电路；若时序管理不当，固态逻辑设计和软件程序也可能出现。识别并缓解此类条件在任何时序系统中至关重要。

S-R 锁存器常见实际用途是电机启停控制。简单梯形逻辑实现用瞬动启动、停止按钮分别作 S、R，接触器（或继电器）控制电机。标准电路如下：

S-R 锁存器：原理、竞态条件与实际应用

此设置中，并联在启动按钮上的继电器触点作自锁触点，启动按钮释放后维持继电器激励。按停止按钮去激励继电器，打破自锁停止电机。此简单锁存等效 S-R 锁存器，避免双继电器设计的不稳定性。

半导体形式下，S-R 锁存器封装为离散集成电路，标准符号如下：

S-R 锁存器：原理、竞态条件与实际应用

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工业技术