Лабораторна робота 2
Побудова узагальнених схем електричних функціональних простих комбінаційних вузлів
Мета: Набути навичок використання різних способів побудови узагальнених схем електричних функціональних простих комбінаційних вузлів у відповідності до вирішуваних задач.
Теоретичні відомості
Основним призначенням схем електричних функціональних є відображення принципів функціонування об’єкта (системи, пристрою, блока, вузла і т.д.) та законів взаємодії його складових частин.
З допомогою схем електричних функціональних ілюструються процеси, що відбуваються в окремих функціональних частинах відображуваного об’єкта у їх взаємозв’язку і взаємозалежності.
У відповідності до основного призначення схем електричних функціональних на них відображується функціональна будова об’єкта:
сукупність функціональних складових частин об’єкта з доцільним ступенем деталізації, групуванням однотипних частин або частин із спільним призначенням у частини вищого рангу (групи, блоки і т.д.);
зв’язки між функціональними складовими об’єкта та їх характер (напрямленість, розрядність та інше) з групуванням однотипних зв’язків або зв’язків із спільним призначенням (у групи, шини і т.д.).
Для унаочнення законів функціонування та принципів взаємодії складових частин об’єкта на схемах електричних функціональних допускається наводити уточнюючу допоміжну інформацію: логічні і математичні функції перетворення сигналів, часові діаграми, таблиці відповідностей, надписи, коментарі та інше.
Функціональні частини об’єкта зображають у вигляді умовних графічних зображень одним із трьох способів:
умовними графічними зображеннями, виконаними за загальними правилами побудови (розглянуті в попередній лабораторній роботі);
спеціальними типовими умовними графічними зображеннями, передбаченими стандартами для відображення принципів дії функціональних вузлів відповідного типу;
у вигляді прямокутників із розміщеними всередині ідентифікаторами (назвою, скороченою абревіатурою, символьним відображенням виконуваної функції і т.д.) та іншою інформацією (ідентифікатори входів і виходів, функції перетворення сигналів та інше).
Схеми електричні функціональні використовуються для пояснення принципів функціонування об’єкта та його складових частин, для відображення логічних законів перетворення сигналів в схемі об’єкта, для побудови схем електричних принципових та в інших задачах. З урахуванням різноманітності призначення схем електричних функціональних при їх побудові використовуються різні підходи та досягається різний ступінь деталізації цих схем. Основний принцип вибору застосовуваних при побудові схем електричних функціональних прийомів є забезпечення максимальної інформативності схеми у відповідності до її призначення без надлишковості в наведених на ній зображеннях і описах.
Побудова узагальнених схем електричних функціональних для відображення логічних перетворень сигналів.
Розглянемо принципи побудови схем електричних функціональних зазначеного класу на прикладі розробки схеми електричної функціональної комбінаційного пристрою для реалізації функції восьми змінних y=f(x7, x6, x5, x4, x3, x2, x1, x0), за умови, що пристрій має бути реалізований на основі логічних елементів.
Реалізовувала функція має вигляд:
.
(2.1)
З метою спрощення читання схеми і зменшення кількості наведених на ній елементів інверсії вхідних і вихідних сигналів будемо відображувати у вигляді інверсій на входах і виходах логічних елементів відповідно.
Для визначення переліку необхідних логічних елементів реалізовувану функцію необхідно розбити на часткові функції, кожну з яких можна реалізувати з допомогою одного логічного елемента. У відповідності до прийнятого положення, логічне заперечення (інверсії сигналів) як самостійну функцію не розглядаємо.
Часткові функції, на які розбивається початкова функція y=f(x7, x6, x5, x4, x3, x2, x1, x0), можна розділити на два класи:
умовно незалежні часткові функції, значення яких обчислюється елементом лише на основі вхідних аргументів функції і не потребують виконання попередніх логічних операцій (логічне заперечення не враховуємо);
умовно залежні часткові функції, значення яких може обчислюватися лише після отримання результатів отримання результатів інших умовно незалежних або умовно залежних.
Виділення часткових функцій для визначення переліку необхідних логічних елементів починається з умовно незалежних функцій. В функції 2.1 можна виділити дві умовно незалежних функції:
,
(2.2)
.
(2.3)
На підставі функцій f1 i f2 можна зробити запис залежної від них функції f3:
.
(2.4)
І на останок, записуємо останню функцію f4, яка є залежною від функції f3:
. (2.5)
Розбиття заданої функції 2.1 на часткові функції завершене. В результаті отримано чотири часткових функції 2.2-2.5, кожна з яких може бути обчислена одним логічним елементом:
функція 2.2 – трьохвходовий елемент “Виключальне АБО” з двома інверсними входами і інверсним виходом;
функція 2.3 – чотирьохвходовий елемент “І” з одним інверсним входом;
функція 2.4 – двовходовий елемент “АБО”;
функція 2.5 – п’ятивходовий елемент “І” з одним інверсним входом.
На підставі зазначених логічних елементів побудуємо схему електричну функціональну комбінаційного пристрою (рисунок 2.1). Для більшої інформативності поряд з виходами логічних елементів наведено функції, які забезпечують відображення логічних перетворень сигналів в схемі.
Рисунок 2.1 - Схема електрична функціональна з відображенням функцій логічних перетворень сигналів над зв’язками між елементами
Як видно з рисунку 2.1, відображення над зв’язками між елементами функцій логічних законів перетворення сигналів призводить до значного “розтягування” схеми, тому досить часто над зв’язками позначають лише ідентифікатори функцій, а уточнення законів їх розрахунків наводиться на вільному полі схеми (рисунок 2.2). Такий підхід дещо зменшує наочність відображення логічних законів перетворення сигналів і зумовлює надлишковість в поданні інформації на схемі, але дозволяє розмістити елементи схеми більш компактно.
Рисунок 2.2 - Схема електрична функціональна з винесеним відображенням функцій логічних перетворень сигналів