Кработа-ВТиИТ

11

1.3.8. Построение логической схемы комбинационного узла

По полученным выражениям строится логическая схема комбинационного узла. Входящие в выражения значения а0 – а5, определяемые комбинацией значений Q1 – Q3, могут быть получены с помощью дешифратора CD. Остальная часть схемы строится в соответствии с полученными для выходных величин логическими выражениями. Схема комбинационного узла рассматриваемого устройства управления в базисе И-ИЛИ-НЕ приведена на рис.1.6.

			а0 а1 а2 а3 а4 а5 х1 х2 х3 х1 х2 х3	R2
Q1	1	CD 0	1	R1
Q2	2	1
Q3	4	2
		3
		4	1	R3
		5
Х1			1	S1
Х2
Х3			1
				S2
		1

1

S3

1

Y1

Y2

Рис.1.6 Y3

Y4

Y5

Y6

Однако данная схема является функциональной, т.к. построена по функциям выходных величин, выраженных системой уравнений.

Для получения принципиальной электрической схемы необходимо осуществить выбор ИМС и проставить позиционные обозначения на схеме. Выбор ИМС можно осуществить, используя приложения методического пособия. На рис.1.7 приведена принципиальная электрическая схема ДУУ. В качестве дешифратора используется ИМС К155ИД4, преобразующая трехразрядный двоичный код в инверсный восьмеричный. Для получения прямых сигналов внутреннего состояния к его выходам подключены инверторы, для чего используется ИМС КР1533ЛН1. Комбинационный узел реализован на ИМС КР1533ЛИ1 и КР1533ЛЛ1. Для регистра состояний используются два корпуса ИМС К155ТМ2, каждый из которых содержит по два асинхронных RS – триггера с инверсными выходами. Данный вид ИМС совмещает RS-триггер асинхронный и D-триггер синхронный, т.е. вход синхронизации С распространяет свое действие только на триггер типа D. В

12

схеме, приведенной на рис. 1.7., D-триггер не используется и не изображен. В соответствии с функциональной схемой требуется синхронный RS-триггер с прямыми входами, поэтому для его получения на входы подключены лог. элементы И-НЕ, которые позволяют одновременно и синхронизировать триггер, и проинвертировать его активные уровни, т.е. произвести компенсацию инверторов на входах S и R.

											1
			DD 1			а0 а1 а2 а3 а4 а5 х1 х2 х3 х1 х2 х3	DD4.1				1
								1	DD4.2
1	1			1		DD2.1 0	1
		1	CD 0		1						2
2	1
				1					1
		2	1								1
3	0			1	1	DD2.2 0			DD4.3
		4	2				DD5.1
				0
			3					0	1		3
				1	1	DD2.3 0
			4								0
				1
			5			DD2.4 1			DD4.4
			6		1
	0						DD5.2 0
		V	7			DD2.5 0			1	0
					1
										DD6.1
					1	DD2.6 0				1	4
											0
					1	DD3.1 1	DD5.3			DD6.2	5
									1
											0
						DD3.2 0
					1			1
											6
						DD3.3 1	DD5.4
					1						7
		Х1	0					0			8
			1
		Х2
			0
		Х3

			8
			6	4	0		DD7.1
			7		S1	T
				2			1	1
					1
0	0 0 0	1	0	5	R1
Y1 Y2 Y3 Y4Y5			Y6		0		DD7.2
					S2	T
	К ОУ		К РЕЛЕ	1			1	2
					1
				6	R2
					1		DD8.1
					S3	T
				3			0	3
					0
C					R3

Для проверки работоспособности схемы необходимо задаться любым внутренним состоянием и значениями входных воздействий.

Рассмотрим для примера состояние а3, которому на выходах регистра состояния в данный тактовый период соответствует комбинация 011. Для перехода в следующее по графу состояние а4 на входе Х2 должен присутствовать уровень лог.1. Следовательно автоматом должны быть

13

сформированы такие уровни на входах установок триггеров регистра состояния, которые с приходом следующего синхроимпульса (вход С) переключат триггеры в состояние, соответствующее а4, т.е. 100. Кроме того, в рассматриваемый тактовый период должен быть автоматически сформирован выходной управляющий сигнал Y5.

После определения значений уровней на всех выходах ИМС и лог.элементов, убеждаемся, что все необходимые выходные сигналы сформированы, т.е. активные уровени (лог.1) устанавливается на входах R1, R2, S3, пассивные уровни (лог.0) – на входах S1, S2, R3. Эти комбинации в соответствии с таблицей состояний RS-триггера установят выходы в положения Q1 = 0, Q2 = 0, Q3 = 1. Этот код соответствует состоянию а4 (см. таблицу кодирования). Обратите внимание, что и среди управляющих выходных сигналов сформирован только Y5.

Можно произвести проверку автомата и при подаче на вход Х2 уровня лог.0 и убедиться, что автомат перейдет в состояние а0, в соответствии с графом функционирования.

Таким образом, проверка работоспособности показала, что схема ДУУ синтезирована верно.

Необходимо отметить, что приведенная методика синтеза дискретных управляющих устройств систем автоматического управления позволяет разрабатывать оптимальные варианты схем с наименьшими трудовыми затратами.

1.4СИНТЕЗ СХЕМЫ ЦИФРОВОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

Вцифровых устройствах информация, подлежащая индикации на знакосинтезирующих индикаторах, к которым относятся заданные полупроводниковые светодиодные семисегментные индикаторы, как правило представляется в двоично-десятичном коде.

Вданном примере номер датчика, который необходимо индицировать, поступает с выходов ОУ в виде двух декад двоично-десятичного кода, т.е. разряды единиц и разряды десятков номера датчика представляются отдельным четырехразрядным двоичным числом.

На рис.1.12 приведена функциональная схема ЦДИ. Студенту, в соответствии с заданным вариантом, необходимо разработать электрическую принципиальную схему в следующей последовательности:

1) осуществляется выбор ИМС мультиплексоров и поскольку индицируемое число представляется двумя декадами, то удобно применить ИМС К555КП11, содержащую четыре мультиплексора на два входа и один выход с общим адресным входом. При подаче на адресный вход уровня лог.0 к выходам подключаются первые информационные входы МХ, при подаче уровня лог.1 – вторые. Поэтому при уровне 0 на выходах МХ устанавливается декада единиц, при уровне лог.1 – декада десятков. Адреса для мультиплексора в данном примере можно формировать с помощью внешнего генератора прямоугольных импульсов, причем со скважностью, равной Q = 2 и частотой 25

14

Гц, при которой каждый индикатор будет «мигать» с частотой 50 Гц, не воспринимаемой человеческим глазом;

2)осуществляется синтез преобразователя кода для семисегментного

индикатора. Хотя способов реализации такого типа преобразователя существует несколько, однако по условию задачи его необходимо построить с использованием логических ИМС, а следовательно применить метод классического синтеза КЦУ. При этом предварительно необходимо осуществить выбор типа индикатора. На рис.1.8 приведены УГО двух типов: АЛС324А и АЛС324Б. Отличаются они схемой включения светодиодов. Светодиоды АЛС324А имеют общий катод - вход S, на который необходимо подать уровень лог.0. Для высвечивания какого-либо сегмента на соответствующий вход подается уровень лог.1, для его гашения – лог.0. обозначения сегментов приведены на рис.1.9. Светодиоды АЛС324А имеют общий анод - вход S, на который необходимо подать уровень лог.1. Для высвечивания какого-либо сегмента на соответствующий вход подается уровень лог.0, для его гашения – лог.1. Использование в КП любого из них равноценно. Остановимся на индикаторе АЛС324Б.

A

A

A

B

B

В

C

C

F

B

D

D

E

E

G

С

F

F

E

G

G

C

Рис.1.10

Рис.1.9

S

S

АЛС324А АЛС324Б

Далее необходимо заполнить таблицу функционирования преобразователя, для чего требуется предварительно изобразить с помощью сегментов все цифры (0 – 9) с обозначением сегментов. На рис.1.10 приведен пример изображения цифры «1». Студенту предлагается самостоятельно изобразить остальные цифры.

Форма таблицы функционирования приведена ниже. В строке, соответствующей индицируемой цифре «1», входные сигналы соответствуют «1» в двоичном коде, выходная комбинация – рис.1.10, который показывает что на сегменты В и С индикатора АЛС324А преобразователь кода должен подать уровни лог.1 для их высвечивания, а на остальные сегменты – уровни лог.0 для их гашения. Далее студенту предлагается заполнить остальные строки таблицы аналогичным образом. Если выбран индикатор АЛС324Б очевидно, что таблица будет иметь вид инверсный относительно данной.

Далее необходимо записать систему логических уравнений для выходных функций и по ним построить логическую схему преобразователя. Однако эти уравнения не будут иметь минимальной формы, поэтому для

15

построения рациональной схемы преобразователя предварительно необходимо провести минимизация выходных функций методом карт Карно.

При заполнении карты необходимо учесть следующее. Поскольку минимизируются выходные функции, а преобразователь кода имеет семь выходов, то количество логических уравнений в системе и соответственно карт Карно будет равно семи. Координатами клеток служат значения аргументов, т.е. входных сигналов, поэтому необходима карта для четырех аргументов; в самой клетке записывается значение функции (выхода).

Таблица 1.4

	Инд	Входные сигналы						Выходные сигналы
	ицир
	циф
		Х8	Х4	Х2	Х1	A	B	C	D	E	F	G
	ра
	0	0	0	0	0	1	.	.	.	.	.	.
	1	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0
	2	0	0	1	0	1	.	.	.	.	.	.
	.	.	.	.	.	1	.	.	.	.	.	.
	.	.	.	.	.	0	.	.	.	.	.	.
	.	.	.	.	.	1	.	.	.	.	.	.
	.					1
	.					1
	.					1
	9					1

На рис.1.11. приведена карта для выхода А (именно поэтому столбец для этой функции в таблице 1.4 заполнен полностью). Поскольку строк в таблице десять, а клеток шестнадцать, то шесть клеток оказываются не заполненными. В этих клетках проставляется знак «*», которые допускается включать в выделяемые на карте области с целью увеличения их размера.

1		Х2			Х2	3
	Х1	1	1	1	0	Х8
		*	*	*	1	Х8
		*	*	*	1	2
	Х1
		1	1	0	1	Х8
4		Х4	Х4		Х4	4

Рис.1.11

После заполнения всех карт необходимо для каждой из них записать минимальные конъюнктивные либо дизъюнктивные формы уравнений. В данном примере ДКФ:

A X2 X8 X1 X4 X1 X4 X8.

Аналогичным образом записываются минимизированные уравнения и для выходов В, С и т.д., что предоставляется для самостоятельной работы студента.

16

Далее строится логическая схема преобразователя кода по лог. уравнениям системы. Схема для выхода А приведена на рис.1.12, как часть логической схемы преобразователя двоичного кода в код семисегментного индикатора.

После соединения всех частей формируется полная принципиальная схема цифровой динамической индикации. Далее необходимо произвести проверку ее работоспособности, расставить позиционные обозначения и заполнить перечень элементов.

Разр. 1 ед. 2

4

8

Разр. 1 дес. 2

4

8

	X1X2X4X8		X1X2X4X8	Преобразователь
				двоичного кода в код
							1
D1A	MX QA	1		семисегментного				A
							2
D2A				индикатора				B
							3
		1						C
							4
D1B	QB							D
							5
D2B		1						E
							6
								F
D1C	QC	1					7
								G
D2C
				1
D1D	QD							S
D2D					1	1	1
				1				A
							2
A								B
					A		3
								C
EO						2	4
								D
					B	3	5
						4		E
							6
					C	5
								F
					D	6	7
								G
					E	7
					F
								S
				DC	0
От генератора		С1	СТ2 Q		1
					2
F	100 Гц	C2	1
				1	3
			2
				2	4
			4	4	5
		R01	8	8	6		Рис.1.12
					7

17

2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Варианты 1, 2.

1.Разработать электрическую принципиальную схему микропрограммного автомата, выполняющего функцию дискретного устройства управления, для управления пятью измерительными приборами, десятью объектами и одним коммутатором. К каждой вертикали коммутатора последовательно подключаются измерительные приборы, а к каждой горизонтали – объекты, подлежащие измерению. Прибор позволяет измерить один из параметров объекта, однако может случиться ситуация, когда прибор не может измерять параметр объекта.

2.Разработать схему ЦДИ для индикации: 1 вариант – четырехразрядного десятичного кода; 2 вариант – пятиразядного десятичного кода, если входная информация представлена в двоично-десятичном коде.

Варианты 3, 4.

1.Разработать электрическую принципиальную схему микропрограммного автомата, выполняющего функцию дискретного устройства управления, для управления двумя контролирующими измерительными приборами, 15 объектами, таким же количеством резервных объектов и одним коммутатором. Коммутатор последовательно переключает измерительные приборы и к ним – последовательно объекты. Если контролируемый параметр отклонился от номинального значения, ДУУ должен включить соответствующий резервный объект.

2.Разработать схему ЦДИ для индикации: 3 вариант – трехразрядно десятичного кода; 4 вариант – четырехразрядного десятичного кода, если входная информация представлена в двоично-десятичном коде.

Варианты 5, 6.

1.Разработать электрическую принципиальную схему микропрограммного автомата, выполняющего функцию дискретного устройства управления, для управления одним контрольно-измерительным прибором, 15 объектами, одним резервным объектом и одним коммутатором. Если контролируемый параметр объекта отклонится на 5% от номинального значения, то ДУУ формирует сигнал для включения сигнализации. Если параметр превышает этот порог, ДУУ формирует сигналы на отключение объекта и подключения резерва.

2.Разработать схему ЦДИ для индикации: 5 вариант – пятиразрядного десятичного кода; 4 вариант – шестиразрядного десятичного кода, если входная информация представлена в двоично-десятичном коде.

Варианты 7, 8.

1. Разработать электрическую принципиальную схему микропрограммного автомата, выполняющего функцию дискретного устройства управления, для контроля десяти датчиков и управления одним коммутатором. При срабатывании двух датчиков ДУУ формирует сигнал для

18

включения сигнализации, при большем количестве сработавших датчиков – сигнал для включения реле.

2. Разработать схему ЦДИ для индикации: 5 вариант – пятиразрядного десятичного кода; 4 вариант – четырехразрядного десятичного кода, если входная информация представлена в двоично-десятичном коде.

Варианты 9, 10.

1.Разработать электрическую принципиальную схему ДУУ для проведения десяти циклов проверки двадцати устройств, размещенных на четырех объектах (по пять на каждом) с помощью одного измерительного прибора и одного коммутатора. Если параметр какого-либо устройства не отвечает номинальному значению, ДУУ должно формировать сигнал отключения.

2.Разработать схему ЦДИ для индикации: 5 вариант – четырехразрядного десятичного кода; 4 вариант – трехразрядного десятичного кода, если входная информация представлена в двоично-десятичном коде.

Исходные данные (для всех вариантов):

1.Элементная база – цифровые ИМС серий КР1533, К555, К155.

2.Полупроводниковые семисегментные индикаторы, АЛС 324 А, АЛС 324 Б.

Содержание расчетно-пояснительной записки (наименование разделов):

Введение

1.Построение структурной схемы ДСАУ и формализация задачи

2.Построение схемы алгоритма работы ДУУ

3.Построение графа функционирования

4.Кодирование состояний

5.Структурная схема ДУУ

6.Построение таблицы функционирования ДУУ

7.Построение системы выходных логических уравнений

8.Построение логической схемы комбинационного узла

9.Синтез схемы цифровой динамической индикации.

Графическая часть проекта (обязательные чертежи для всех вариантов):

1.Электрическая структурная схема ДСАУ;

2.Электрическая принципиальная схема ДУУ;

3.Электрическая принципиальная схема ЦДИ;

19

3. РЕКОМЕНДАЦИИ О ПОРЯДКЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

3.1Общие замечания

Изложенный выше пример типового задания на курсовое проектирование позволяет в процессе проектирования освоить все основные вопросы по построению в современных элементных базисах дискретных устройств управления распределенными объектами.

По приложениям ознакомьтесь с формами титульного листа и бланка задания на КП, содержания ПЗ, заполните их соответствующим образом. Помните о том, что в «содержании пояснительной записки» приводятся наименования разделов, изменять которые не допускается; графическая часть содержит перечень чертежей, выполняемых по всем требованиям ГОСТ.

Прежде, чем приступать к оформлению пояснительной записки, ознакомтесь по приложению с основными требованиями ЕСКД.

3.2Рекомендации о порядке выполнения этапов проектирования

1)В введении к КП необходимо пояснить решению какой задачи посвящен данный КП. Пояснить преимущества элементной базы цифровых ИМС.

2)Разделы 1 – 8 выполняются в соответствии с п.1.3 и п. 1.4, аналогично рассмотренному в них примеру.

В первом разделе «Построение структурной схемы ДСАУ и формализация задачи» необходимо сформировать структурную схему, ориентируясь на материал п.п. 1.1 и 1.2, привести назначение и взаимодействие блоков, назначение сигналов.

Очевидно, что операторы и логические условия представляют собой следующую систему (рекомендовано):

Варианты 1, 2. Обозначим номер прибора буквой i, а номер объекта – j. Y1 – приравнять i =0, установка исходного состояния;

Y2 – приравнять j = 0, установка исходного состояния; Y3 – увеличить i на единицу;

Y4 - увеличить j на единицу;

Y5 – подключить объект к прибору с помощью коммутатора; Y6 – послать сигнал “Готово” прибору и произвести измерение;

Х1	-	1, если i	5;
		0, если i	5;
Х2	-	1, если j	10;
		0, если j	10;

Х3 - 1, если измерение возможно; 0, если измерение не возможно;

Варианты 3, 4. Обозначим номер прибора буквой i, а номер объекта и резерва – j.

Y1 – приравнять i =0, установка исходного состояния;

20

Y2 – приравнять j = 0, установка исходного состояния; Y3 – увеличить i на единицу;

Y4 – увеличить j на единицу;

Y5 – подключить объект к измерительному прибору с помощью коммутатора; Y6 – послать сигнал “Готово” прибору и произвести измерение;

Y7 – отключить объект;

Y8 – подключить резерв;

Х1	-	1, если i	2;
		0, если i	2;
Х2	-	1, если j	15;
		0, если j	15;
Х3	- 1, если объект исправлен;
		0, в противном случае;

Варианты 5, 6. Обозначим номер объекта буквой i. Y1 – приравнять i =0, установка исходного состояния; Y2 – увеличить i на единицу;

Y3 – подключить объект к прибору с помощью коммутатора; Y4 – послать сигнал “Готово” прибору и произвести измерение; Y5 – отключить объект;

Y6 – подключить резерв;

Y7 – включить сигнализацию;

Х1	-	1, если i	15;
		0, если i	15;
Х2	- 1, если параметр объекта равен номинальному значению;
		0, в противном случае;
Х3	-	1, если параметр объекта отклонился на 5%;
		0, если параметр объекта отклонился более чем на 5%.

Варианты 7, 8. Обозначим номер датчика буквой i, а буквой j – количество сработавших датчиков.

Y1 – приравнять i =0, установка исходного состояния; Y2 – увеличить i на единицу;

Y3 – подключить датчик для контроля с помощью коммутатора;

Y4 – послать сигнал “Готово” контрольному устройству и произвести контроль; Y5 – установить j = 0;

Y6 – увеличить j на единицу; Y7 – включить сигнализацию;

Y8	– подать сигнал для реле;
Х7	-	1, если i	10;
		0, если i	10;
Х2	-	1, если j	2;
		0, если j	2;
Х3	-	1, если j	2;

0, если j = 2;

Варианты 9, 10. Обозначим номер объекта буквой i, а номер устройства – j, номер цикла – k.