1.3. Классификация дискретных устройств

Рассмотренные выше дискретные элементы соединяют между собой определенным образом, образуя сложные дискретные устройства (ДУ), предназначенные для выработки управляющих воздействий на объекты управления при автоматизации технологических процессов. Управляющие воздействия представляют собой сигналы на выходе сложного дискретного устройства, получающиеся в результате преобразования сигналов, поступающих на вход дискретного устройства и отображающих исходную информацию об объекте управления.

Таким образом, сложное ДУ в системе управления есть преобразователь информации. Материальными носителями информации являются сигналы.

Дискретным автоматом называют модель ДУ, отражающую только его свойства по переработке сигналов. В таком автомате выделяются множества состояний входов а = {х₁, х₂, ..., х_n} и выходов v = {z_l, z₂, ..., z_q), а также внутренних состояний s = {s₁, s₂, ..., s_r). Сигналы при этом двузначные, а элементы памяти двоичные, т.е. каждый с двумя внутренними состояниями.

В зависимости от вида функций выходов, представляющих собой зависимость значений сигналов на каждом выходе от состояния входов а и внутренних состояний элементов памяти s в данный момент, дискретные автоматы делят на два класса: комбинационные автоматы и автоматы с памятью.

В комбинационном автомате, называемом также автоматом без памяти, или комбинационным устройством (схемой), каждый сигнал на выходе (логические 0 или 1) определяется лишь сигналами, действующими в данный момент времени на входах автомата, и не зависит от сигналов, ранее действовавших на этих входах. Комбинационный автомат не имеет памяти, он не хранит информации о своей прошлой работе.

Функция выходов для комбинационного автомата

,

где – сигналы на j-м выходе автомата в момент времени t;

–значение сигналов на всех входах автомата (множество состояний входов).

На выходе комбинационного устройства (рис. 1.8) формируется сигнал, определяющий совпадение сигналов на входе. Функция выхода очень проста: сигнал на выходе равен единице лишь в случае равенства единице обоих сигналов на входе. Если на одном из входов действует логическая 1, а на другом — логический 0, на выходе устройства образуется логический 0. Значение формируемой на выходе логической функции определяется лишь значениями ее переменных в данный момент времени.

Рис. 1.8

В автоматах с памятью, называемых также последовательностными устройствами, выходной сигнал определяется не только значениями сигналов на входах в данный момент времени, но и его внутренним состоянием. Внутреннее состояние автомата зависит от состояний его элементов памяти.

Дискретные устройства с жесткой логикой в зависимости от алгоритма функционирования имеют определенную схему включения дискретных элементов. У программируемых дискретных устройств (устройств с программируемой логикой) алгоритм функционирования представляется в виде последовательности команд, каждая из которых определяет операцию (выполнение какого-либо действия) над операндами (объектами операции) и номер следующей команды. Операндами являются хранящиеся в запоминающем устройстве многоразрядные числа, которые соответствуют определенным наборам значений входных сигналов; исходных и промежуточных данных.

Упорядоченную совокупность команд, однозначно описывающую заданный алгоритм функционирования, называют программой, а представление алгоритма функционирования дискретного устройства в виде программы – программным моделированием алгоритма.

Программируемые дискретные устройства достаточно универсальны, так как алгоритм их функционирования становится иным при соответствующем изменении лишь хранящейся в запоминающем устройстве программы. Алгоритм функционирования дискретного устройства с жесткой логикой зависит от схемы включения дискретных элементов.