Схема, що реалізує цю функцію, показана на рисунку 2.5, а, а її умовне позначення – на рисунку 2.5, б. На лівому полі показані ваги вхідних сигналів х₀ і х₁, комбінації значень яких розглядаються в якості двійкових чисел. Кожному вхідному двійковому числу відповідає сигнал, рівний 1 тільки на виході, номер якого, вказаний на правому полі, збігається з двійковим числом.

Неповний дешифратор реалізує m<2ⁿ конституент одиниці. Такі дешифратори використовуються, наприклад, для перетворення двійково-десяткового числа в код, призначений для керування десятковим індикатором (дешифратор 410). Приклад такого дешифратора (мікросхеми 155ИДІ та 564ИДІ) показані на рисунку 2.5, в. Як і для повного дешифратора, можна записати рівняння, що описує роботу неповного дешифратора, і за ним отримати логічну схему.

Н
айбільш розповсюджені мікросхеми дешифраторів К155ИД1, 3, 4, 10; К555, 6, 7, 10; К531ИЛД14.

Шифратори

Виконують функцію, зворотну дешифраторам, тобто, перетворюють унітарний код в двійковий, двійково-десятковий або будь-який інший. Робота шифратора, як будь-якої двійкової системи, може бути задана у вигляді таблиці відповідностей, за якою досить просто побудувати схему.

Із мікросхем шифраторів відомі, наприклад, К555ИВ3, КМ555ИАІ.

Перетворювачі кодів

Вони використовують спільну роботу дешифратора і шифратора. Дешифратор перетворює двійковий або двійково-десятковий код в унітарний, а шифратор – отриманий унітарний код в потрібний. Типовим прикладом використання такого перетворювача є схема перетворення коду в код керування семисегментним індикатором.

Мультиплексор

Це схема, що має n + 2 ⁿ входів і один вихід, де n – число адресних, а 2ⁿ – число інформаційних входів.

Призначення мультиплексорів (від англ. multiplex – багатократний) – комутувати в бажаному порядку інформацію, що надходить з декількох вхідних шин на одну вихідну. За допомогою мультиплексора здійснюється тимчасове розділення інформації, що надходить по різних каналах. Його можна уподібнити безконтактному багатопозиційному перемикачу.

Мультиплексори мають дві групи входів або один, частіше два, що взаємодоповнюються (інверсні) виходи. Одні входи інформаційні, а інші служать для керування. До них відносяться адресні і розв'язувальні. Адреса представляється в двійковому коді, причому кожній адресі відповідає інформаційний вхід, сигнал з якого (0 або 1) при даній адресі приходить на вихід. Таким чином, в мультиплексорі здійснюється 2ⁿ вхідних сигналів на один вихід.

Розв'язувальний вхід керує одночасно всіма інформаційними входами незалежно від стану адресних входів. Заперечувальний сигнал на цьому вході блокує дію всього пристрою. Наявність розв'язувального входу розширює функціональні можливості мультиплексора, дозволяє синхронізувати його роботу з роботою інших вузлів. Цей вхід використовується також для нарощування розрядності мультиплексорів.

У мультиплексорі, що виготовляється у вигляді окремих мікросхем, число інформаційних входів не перевищує 16. Більша кількість входів забезпечується шляхом нарощування. Нарощування можна виконувати обєднанням декількох мультиплексорів в пірамідоподібну (деревовидну) систему або послідовним зєднанням розв'язувальних входів і зовнішніх логічних елементів. Другий спосіб застосовується частіше за все, оскільки при пірамідоподібному нарощуванні більші витрати мікросхем і порівняно низька швидкодія через підсумовування затримок при послідовному проходженні сигналів за ступеням піраміди.

П
ринципіальна схема чотириканального мультиплексора на елементах І–АБО–НІ, що має два адресних входи х₁ і х₂, показана на рис.2.6 а, і умовне позначення подвійного чотириканального мультиплексора із стробованим входом (мікросхема 155КП6) і 16-канального, що виконаний на 8-канальних мультиплексорах (мікросхеми 155П7), зєднані за другим способом, – на рис.2.6, б, в. В 16–канальному комутаторі стробувальний вхід V використовується в якості додаткового адресного входу х₄. Існує і окрема 16–канальна мікросхема 155КП1 мультиплексора із стробуванням (селектора-мультиплексора). З двох таких мікросхем за вказаним принципом можна виконати 32–канальний мультиплексор.

Для отримання 64–канального мультиплексора слід використовувати чотири БИС155КП1 і 4–вхідний елемент І–НІ, а керування входами необхідно виконувати інверсним чотирирозрядним унітарним кодом.

2.3 Хід роботи

2.3.1 Від аналітичного завдання комбінаційної ф-ї (n=3) перейти до словесного та табличного, здійснити оптимізацію ф-ї двома методами:

а) за допомогою діаграми Вейча-Карно;

б) алгебраїчним методом на підставі законів алгебри Буля.

Розробити комбінаційні схеми для вихідного та мінімізованого варіантів ф-ї на І, АБО, НІ.

2.3.2 Від матричного задання комбінаційної ф-ї (n=4) перейти до її аналітичного запису, виконати мінімізацію ф-ї, розробити комбінаційну схему в двох варіантах:

а) на елементах І-НІ, АБО-НІ;

б) на елементах І, АБО, НІ.

Вибрати оптимальний варіант за кількістю елементів потрібних для реалізації схем.

Реалізувати комбінаційну схему, що розроблена на попередній лабораторній роботі, користуючись універсальною монтажною платою; підключити схему до блока живлення, дослідити її функціонування, скласти таблицю відповідностей.

2.4 Зміст звіту

2.4.1 Наприклад, задано комбінаційну ф-ю трьох аргументів

F=

Х₂

n=3 Мінімізація за допомогою діаграми Вейча-Карно

F=;

;

.

Р
озробляємо комбінаційну схему для мінімізованої ф-ї

2.4.2 Комбінаційна функція чотирьох аргументів

F=

n=4 мінімізувати за допомогою діаграми Дейча, карти Карно

n=4 Мінімізація за допомогою діаграми Дейча, карти Карно

F= .

Розробляємо комбінаційну схему для мінімізованої функції

2
.5 Задача

Завдання на розробку комбінаційної схеми

Аварійне гальмування робокара повинно вмикатись автоматично, якщо спрацьовує хоча б один з двох датчиків: далекої або ближньої локації при ввімкненому датчику руху робокара. Крім того, аварійне гальмування повинно вмикатись, якщо спрацьовує датчик зниження тиску в гідросистемі при зупиненому робокарі та відсутності сигналів локації.

2.6 Варіанти завдань до задачі

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

3.1 Тема: Синтез схеми управління технологічним обладнанням

Мета роботи: опанувати методики інженерного синтезу пристроїв керування технологічним обладнанням дискретної дії, в тому числі: засвоїти різні способи задання алгоритму роботи автомата (циклограму, таблиці переходів та виходів, блок-схему алгоритму роботи, граф переходів); засвоїти методику переходу від одного до іншого із способів; відпрацювати техніку розробки принципіальної схеми керування у канонічному вигляді; змоделювати розроблену схему управління на універсальному планшеті; усунути знайдені похибки.

Обладнання: комплект базових логічних елементів, монтажна плата, логічний пробник, блок живлення.

3.2 Теоретичні відомості

У відповідності з етапами синтезу автомата студент виконує такі формалізаційні процедури.

3.2.1 Розмітка граф-схеми алгоритму (ГСА).

Розмітка виконується для моделі автомата Мілі. Відмічаються входи всіх вершин, що слідують за операторними вершинами. При цьому входи в кінцеву вершину і у вершину, що слідує за начальною, відмічаються як вихідний стан автомата (а1).

3.2.2 Отримання автоматного графа.

А
втоматинй граф будується по розміченій ГСА шляхом фіксації її переходів між відміченими станами. Кожному стану автомата відповідає вершина графа. Переходи показуються стрілками. Біля основи стрілки записується умова переходу, тобто стан датчиків, що викликає даний перехід. Біля загострення стрілки записується комбінація вихідних сигналів, що відповідає стану автомата і комбінація сигналів від датчиків.

3.2.3 Кодування станів автомата

За числом станів автомата визначають кількість тригерів для його памяті.

N = Int (log₂M) + 1

Кожному стану автомата ставиться у відповідність певний код, який відображає комбінацію вмикання тригерів памяті. Вихідному стану автомата завжди відповідає загальне скидання тригерів.

Наприклад:

3.2.4 Побудова структурної схеми автомата з обраним типом тригерів (тригери з розділювальними входами, з лічильним входом або Dтригери).

3.2.5 Отримання структурних формул для керуючих сигналів У на обєкт керування і сигналів збудження памяті.

Структурні формули отримуються безпосередньо з автоматного графа.

Кількість доданків у формулі по кожному сигналу визначається числом його появ у автоматному графі.

Так, з вищенаведеного фрагмента графа:

У₁=а₃Х₂ У₁= Т₁Т₂Т₁Х₂

У₂ = а₃Х₂Vа₃Х₂ або У₂=Т₃Т₂Т₁Х₂VТ₃Т₂Т₁Х₂

У₄=а­Х₂ У₄=Т₃Т₂Т₁Х₂

Сигнали збудження памяті залежать від типу тригерів. Так, сигнал S вмикає тригер з розділювальними входами, а сигнал R вимикає його. Тригер з лічильним входом перемикається сигналом S у протилежний стан, а Dтригер вмикається сигналом S на один такт автоматного часу.

Сигнали збудження памяті проставляються в автоматному графі біля загострення стрілок поруч з керуючими сигналами.

Так, для вищенаведеного фрагмента у випадку тригерів з розділювальними входами:

С
труктурні формули для сигналів збудження виписуються з графа точно так само, як і керуючі сигнали:

R₂ = a₃X₂ або R₂ = Т₃Т₂Т₁Х₂

S₃ = а₃Х₂Vа₃Х₂ S₃ = Т₃Т₂Т₁Х₂VТ₃Т₂Т₁Х₂

3.2.6 Побудова схеми автомата.

Принципова схема цифрового автомата отримується зі структурних формул за конфігурацією його структурної схеми.

Схема повинна мати канонічну структуру – чіткі вертикальні ряди однотипних елементів: правий – тригери; лівіший – логічні елементи АБО; ще лівіше – логічні елементи І; ще лівіше – інвертори (при необхідності).

3.2.7 Набір схеми автомата на демонстраційному планшеті проводиться у відповідності до методичних вказівок для роботи з планшетом.

3.3 Хід роботи

1. Ознайомитись з блок-схемою алгоритму роботи системи управління; при цьому з’ясувати: кількість сигналів, що генерується схемою; кількість вхідних сигналів; загальний характер алгоритму — лінійний чи розгалужений.

2. Виконати розмітку блок-схеми з метою подальшої розробки графа переходів. За прийнятою методикою, вершини графа розміщуються на входах умовних операторів і позначаються кружками на відповідних місцях блок-схеми алгоритму.

3. Виконати розмітку блок-схеми. Попередньо розробити граф переходів. Спочатку зображується те, що входить до основного (лінійного) циклу. Вершини графа розміщуємо так, щоб вони утворили коло (еліпс). Вершини графа з’єднують стрілками, що символізують такти, тобто переходи з попереднього стану в наступний. Біля вістря стрілки пишуть сигнали управління, а біля початку стрілки пишуть сигнали від датчиків. Передбачаємо далі тригери для шифрування кожної вершини (стану), кількість необхідних для цього тригерів визначається за формулою:

N=TRUNC(LOG₂M)+1,

де М-кількість вершин графа.

Кожному стану автомата (вершини графа) привласнюється певний код. На графі переходів указують також стрілки, що відповідають основним переходом.

4. Остаточно оформити граф-переходів, додаючи до вихідних технологічних сигналів, сигнали управління тригерами.

5. Написати булеві функції для сигналів керування:

— технологічним обладнанням;

— тригерами пам’яті.

Ці функції складаються з графа переходів – диз’юнкція, кон’юнкція при цьому кількість додатків формули визначається числом появ розглядуваного сигналу протягом робочого циклу автомата.

6. Розробити принципіальну схему керування. При цьому слід дотримуватися канонічного вигляду таких схем: ліворуч розташована шина вхідних сигналів: поруч розміщено кон’юнктори. Далі креслимо диз’юнктори в кількості відповідно до кількості сигналів.