Методы и средства измерений, испытаний и контроля

    Состояния в графе функционирования представляются узлами, изображенными кружками на рисунке 3, с записью внутри них  соответствующих состояний. Дугами, соединяющими узлы, показаны возможные переходы между узлами. На дугах записаны условия (значения признаков, поступающих на входы ДУУ с выхода ОУ), при которых происходит переход, и какая команда должна выдаваться ДУУ на входы ОУ.    

    

    Рисунок 3. Граф функционирования

    

    4 Кодирование состояний

    В процессе кодирования состояний  каждому из них ставится в соответствие некоторая кодовая комбинация. Число  разрядов кода выбирается из следующих  соображений: если число состояний  равно М, то для обеспечения М кодовых комбинаций требуется n-разрядный код, где n – минимальное целое число, при котором выполняется неравенство .

    В нашем случае М=9, следовательно n=4. Таким образом, состояния устройства отображаются четырехразрядными кодовыми комбинациями. Соответствие между состояниями устройства и кодовыми комбинациями сведены в таблицу 1.

    Таблица 1. Кодовые комбинации

Состояния	Кодовые комбинации
	Q4	Q3	Q2	Q1
а0	0	0	0	0
а1	0	0	0	1
а2	0	0	1	0
а3	0	0	1	1
а4	0	1	0	0
а5	0	1	0	1
а6	0	1	1	0
а7	0	1	1	1
а8	1	0	0	0

 

    5 Структурная схема  ДУУ

    

    Структурная схема приведена на рисунке 4. RS-триггеры образуют четырехразрядный регистр текущего состояния. Комбинационный узел по состоянию регистра (комбинации значений Q₄, Q₃, Q₂, Q₁) и значениям поступающих с выходов ОУ условий X₄, X₃, X₂, X₁ определяет новое состояние, в которое должно перейти ДУУ.  При этом формируются такие сигналы S₄, R₄, S₃, R₃, S₂, R₂, S₁, R₁, которые в момент положительного фронта синхронизирующего импульса на входе С устанавливают в регистре кодовую комбинацию, соответствующему следующему состоянию. Комбинационный узел формирует также команды Y1-Y9, под действием которых в ОУ выполняются команды.

    Дальнейшие  операции по синтезу устройства сводятся к синтезу его комбинационного узла.

    

    Рисунок 4. Структурная схема ДУУ 

    6 Построение таблицы  функционирования  ДУУ

    Таблица функционирования содержит графы, в  которые заносятся данные текущего состояния, значения входных условий, данные следующего состояния, в которое должно перейти устройство, и выходные сигналы комбинационного узла.

    

    При заполнении таблицы используется граф функционирования (рисунок 3) и таблица  переходов RS-триггера (таблица 2). Заполнение этой таблицы производится из следующих соображений. Для перехода прямого выхода RS-триггера 0 ® 0 на входе S должен быть обязательно обеспечен уровень логический 0, т.к. назначение этого входа – установка 1, в противном случае, при подаче на него активного уровня – логический 1 (триггер с прямыми входами) перехода 0 ® 0 не произойдет. На входе же R может быть любой уровень, т.к. при уровне логический 0 организуется режим хранения (S = 0, R = 0) и поскольку предыдущее состояние – логический 0, то именно это состояние и сохранится. Если на этом входе установить активный уровень логический 1, то триггеру задается режим установки 0 (S = 0, R = 1), поэтому на его прямом выходе будет логический 0, таким образом, в любом случае обеспечивается переход   0 ® 0. Аналогичные рассуждения можно произвести и для перехода 1 ® 1.

    Переключения 0 ® 1 и 1 ® 0 обеспечиваются подачей соответствующих таблице состояний RS-триггера логических уровней для режимов установка 1 и установка 0.

    Таблица 2. Переходы RS-триггера

Переход	S	R
	0	Х
	1	0
	0	1
	Х	0

 

    По  значению текущего состояния Q₄, Q₃, Q₂, Q₁, принимаемому из регистра текущего состояния, и поступающим из объекта управления значениям условий X₁, X₂, X₃, X₄ в таблице определяется следующее состояние, сигналы для входов R и S триггеров, необходимые для установки регистра в следующее состояние, и логические значения команд Y1-Y9.

    Функционирование  комбинационного узла представлено в таблице 3. 
 
 
 

    Таблица 3. Функционирование комбинационного узла

Текущее состояние					Следующее состояние					Условие перехода	Выходные  сигналы
Внутр. сост.	Код				Внутр. сост.	Код					Установки триггеров регистров	Команда
	Q4	Q3	Q2	Q1		Q4	Q3	Q2	Q1
а0	0	0	0	0	а1	0	0	0	1	-	S1	Y1
а1	0	0	0	1	а2	0	0	1	0	-	S2, R1	Y2
а2	0	0	1	0	а3	0	0	1	1	-	S1	Y3
а3	0	0	1	1	а4	0	1	0	0	-	S3,R2,R1	Y4
а4	0	1	0	0	а5	0	1	0	1	Х1	S1	Y5
а4	0	1	0	0	а0	0	0	0	0		R3	-
а5	0	1	0	1	а3	0	0	1	1		R3, S2	-
а5	0	1	0	1	а6	0	1	1	0	Х2	S2, R1	Y6
а6	0	1	1	0	а4	0	1	0	0		R2	-
а6	0	1	1	0	а7	0	1	1	1	Х3	S1	Y7
а7	0	1	1	1	а8	1	0	0	0	-	S4,R3,R2,R1	Y8
а8	1	0	0	0	а5	0	1	0	1		R4,S3,S1	Y9
а8	1	0	0	0	а5	0	1	0	1	Х4, Х2	R4,S3,S1	-

 

    7 Построение системы выходных логических уравнений

    Для каждой строки таблицы функционирования комбинационного узла необходимо составить  логическое уравнение в следующей  форме: в левой части перечисляются  переменные, приведенные в графе  выходных величин Y1-Y9, в правой части – логическое выражение, представленное через текущее состояние а0-а8 и значение условия перехода. Из таблицы 3 для данного устройства получаем следующие логические выражения:

    

  

    Определяем  логическое выражение для каждой выходной величины:

    8 Построение логической  схемы комбинационного  узла

    

    

     По полученным выражениям строится логическая схема комбинационного узла. Входящие в выражения значения а0 – а8, определяемые комбинацией значений  Q₁ – Q₄, могут быть получены с помощью дешифратора DC. 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 рисунке 5.

    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. В приложении А приведена принципиальная электрическая схема ДУУ. В качестве дешифратора используется ИМС К555ИД6, преобразующая четырехразрядный двоичный код в инверсный десятичный. Для получения прямых сигналов внутреннего состояния к его выходам подключены инверторы, для чего используется ИМС К155ЛН1. Комбинационный узел реализован на ИМС К155ЛИ1, К155ЛЛ1 и К155ЛИ4. Для регистра состояний используются два корпуса ИМС К155ТМ2, каждый из которых содержит по два асинхронных RS-триггера с инверсными выходами (D – не используется и не изображен). Однако по функциональной схеме требуется синхронный RS-триггер с прямыми входами, поэтому для его получения на входы подключены логические элементы И-НЕ, которые позволяют одновременно и синхронизировать триггер, и проинвертировать его активные уровни.

    Для проверки работоспособности схемы  зададимся внутренним состоянием и значениями входных воздействий: а_n=4, Х₁=1, Х₂=1, Х₃=0, Х₄=1.

    Таким образом, проверка показала, что схема  ДУУ синтезирована верно (Приложение А). 

    9 Синтез схемы цифровой динамической индикации

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

    

     В данном 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.

    Для разработки электрической принципиальной схемы ЦДИ:

    - осуществляем выбор ИМС мультиплексоров. Выбрали ИМС К555КП11, поскольку индицируемое число представляется двумя декадами. Данный ИМС содержит четыре мультиплексора на два входа и один выход с общим адресным входом. При подаче на адресный вход уровня логического 0 к выходам подключаются первые информационные входы МХ, при подаче уровня логической 1 – вторые. При уровне 0 на входах МХ устанавливается декада единиц, при уровне логической 1 – декада десятков. Адреса для мультиплексора формируем с помощью внешнего генератора прямоугольных импульсов со скважностью Q=2 и частотой 25Гц, при которой каждый индикатор будет «мигать» с частотой 50Гц, не воспринимаемой человеческим глазом;

    - осуществляем выбор типа индикатора. На рисунке 6 приведено УГО индикатора АЛС324А. Светодиоды АЛС324А имеют общий катод – вход , на который необходимо подать уровень логического 0. Для высвечивания какого-либо сегмента на соответствующий вход подается уровень логической 1, для его гашения – логический 0. Обозначения сегментов приведены на рисунке 7.

 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 6. УГО АЛС324А                      Рисунок 7. Обозначение сегментов

                                                                                            индикатора АЛС324А

    

    Для заполнения таблицы функционирования преобразователя все цифры (0-9) изобразили с помощью сегментов. Все цифры с обозначениями сегментов представлены на рисунке 8.