4.3. Комбінаційні функціональні схеми

Схемною ознакою комбінаційних схем є відсутність ланцюгів зворотного зв'язку. До таких пристроїв відносять базові елементи ЧИ, І, НІ та їх модифіка­ції, мультиплекс ори, демультиплексори, шифратори, дешифратори, компара­тори, підсилювачі та ін. Сигнали на виході цих пристроїв у будь-який момент часу цілком визначаються сполученням сигналів на їх входах ї не залежать від їх попереднього стану.

4.3.1. Дешифратори

Дешифратор - функціональний вузол МПП, призначений для перетво­рення кожної комбінації вхідного двійкового коду в керуючий сигнал лише на одному із своїх виходів. У загальному випадку дешифратор має n однофазних входів і m = 2n виходів, де n - розряд ність (довжина) коду, який дешифрується.

Дешифратор з максимально можливим числом виходів m називається повним. Функціонування повного дешифратора описується системою логічних виразів вигляду

Y 0 = Xn Л X лп-1... X 2Л X1Л

n      n 1 (4.6)

Ym-1 = XnXn-1 kX2 X 1,

де Xj - вхідні двійкові змінні; Yj - вихідні логічні функції, що являють собою

мінтерми n змінних.

Дешифратори класифікують за такими ознаками:

способом структурної організації - одноступеневі (лінійні) й багатоступеневі (пірамідальні, прямокутні або матричні);

форматом вхідного коду - двійкові, двійково-десяткові;

розрядністю коду, який дешифрується, - 2,3,..., n;

кількістю входів - повні й неповні дешифратори;

типом використовуваних логічних елементів - І, ЧИ, НЕ-1, НЕ-ЧИ і т.д.

Логічна функція дешифратора позначається буквами DC decoder). Умовні графічні позначення дешифраторів на електричних схемах показані на рис .4.11. У схемах дешифраторів вбудовуються один або два стробуючих (дозволяючих) входи, наприклад W. Крім того, вхід Wвикористовується для нарощування роз-рядності вхідного коду. Повний дешифратор - на n входів і m виходів для стис­лості називають дешифратором „з n в m" (активізується одна з m вихідних лі­ній).

На об'єктах електричного транспорту в багатьох пристроях візуального с постереження контрольованих величин використовуються індикатори на ос­нові електролюмінісцентних приладів, рідких кристалів або світлодіодних мат­риць. Роботу цих приладів можна організувати тільки за допомогою дешифра­торів. Фрагмент схеми такого пристрою ілюструє рис .4.12.

Рис .4.11 - Умовні графічні позначення дешифратора: DC - на функціональних схемах; DC1 - на принципових схемах


Включення семи сегментів електролюмінісцентного індикатора залежить від рівнів сигналів на вході дешифратора. Всі можливі варіанти формування "оптичних сигналів" або відображення десяткових цифр на світловому табло розглянуті в табл. 4.7.

Дешифратори використовують у всіх мікропроцесорних пристроях. Вони застосовуються для дешифрації коду операції і адреси операнда, розташованих в регістрах команд процесорів МПП. Дешифрація коду операції в МПП визна­чає тип машинної команди. Дешифрація адреси операнда в оперативній пам'яті забезпечує доступ до вказаної комірки пам'яті для записування або зчитування даних.

Застосовуючи дешифратори в цифрових пристроях автоматики, слід па­м'ятати, що всі вхідні змінні Х1, Х2, Xn подаються паралельно на входи де­шифраторів.

Приклад фрагмента схеми автоматики мийно - прибирального корпусу (МПК) депо з використанням дешифратора для формування сигналів управлін­ня рухомими одиницями, що подаються для обслуговування, наведений на рис.4.13.


У системі автоматики МПК передбачені формувачі сигналів S1 і S2, які взаємозв'язані з постами обслуговування рухомих одиниць (РО). Таблиця іс-тинності (табл.4.8) ілюструє формування управляючих величин, використову­ваних у наведеному фрагменті схеми для сигналізації.

Очевидно, що прийняті кольори джерел світла (Yi) забезпечують певну логіку функціонування МПК. Такі системи знайшли широке застосування на рі­зних об'єктах електричного транспорту.

4.3.2. Шифратори

Шифратором називається функціональний вузол МПП, призначений для перетворення вхідного m-розрядного унітарного коду у вихідний n-розрядний двійковий позиційний код. Двійкові шифратори виконують функцію, обернену функції дешифратора. При активації однієї з вхідних ліній дешифратора на йо­го виходах формується код, який відображає номер активного входу. Повний

двійковий шифратор має m = 2n входів і n виходів. Умовні графічні позначення шифраторів на схемах показані на рис. 4.14.

Рис .4.14 - Умовні графічні позначення шифратора: СD - на функціональних схемах; DD1 - на принципових схемах

Одним з основних застосувань шифратора - є введення даних з клавіату­ри, наприклад, десяткових цифр. Клавіатура використовується для введення те­кстів програм. Шифратори, які при одночасному натисканні декількох клавіш виробляють код тільки с таршої цифри, називаються пріоритетними. Пріоритет­ні шифратори, які призначені для пошуку старшої (лівої) одиниці в слові та фо­рмування на виході двійкового номера шуканого розряду, називаються покаж­чиками старшої одиниці. Їх застосовують у пристроях нормалізації чисел в сис -темах з пріоритетним обслуговуванням запитів на переривання роботи МПП.

4.3.3. Мультиплексори

Мультиплексор - функціональний вузол МПП, призначений для почерго-вої комутації (перемикання) інформації від одного з n входів на загальний ви­хід. Номер конкретної вхідної лінії, що підключається до виходу в кожний такт машинного часу, визначається адресним кодом A0,A1,...,Am-1. Зв'язок між чи­слом інформаційних n і адресних m входів визначається співвідношенням

n = 2m . Таким чином, мультиплексом реалізує керовану передачу даних від кі­лькох вхідних ліній в одну вихідну.


Приклад реалізації мультиплексора на логічних елементах показаний на рис .4.15. Сигнал на вході мультиплексора залежить від стану адресного входу А. Залежність вихідного сигналу Y від рівнів вхідних величин X1, X2, A ілюст­рує табл.4.9.

Умовне графічне позначення мультиплексорів показане на рис. 4.16. Фун­кція мультиплексорів записується буквами MUX (multipexor).

DD1

Мультиплексори застосовують для таких операцій: комутації як окремих ліній, так і груп ліній (шин); перетворення паралельного коду в послідовний; реалізації логічних функцій; побудови схем порівняння, генераторів кодів.

4.3.4. Демультиплексори

Демультиплексор - функціональний вузол МПП, призначений для кому­тації (перемикання) сигналу з одного інформаційного входу D на один з n інфо­рмаційних виходів. Номер виходу, на який в кожний такт машинного часу пе­редається значення вхідного сигналу, визначається адресним кодом AO,A1,A2 Am_i. Адресні входи m та інформаційні виходи n пов'язані спів­відношенням n = 2m або m = log2 n .

Демультиплексор виконує функцію, обернену функції мультиплексора. Стасовно мультиплексорів і демультиплксорів користуються також терміном „селектори" даних.

Сигнал на виході демультиплексора залежить від стану адресного входу А. Приклад схеми демультиплексора на базі логічних елементів поданий на рис .4.17.

Рис .4.17 - Логічна структура демультиплексора типу 1:2

Залежність вихідних сигналів Yi від рівнів вхідних величин X, A ілюструє табл.4.10.

В умовних графічних позначеннях (рис .4.18) функція демультиплексора позначається буквами DMX (demultipexor).

DD1

Демультиплексори використовують для таких операцій:

-       комутації як окремих ліній, так і багаторозрядних шин;

перетворення послідовного коду в паралельний;

реалізації логічних функцій та інших. Демультиплексори часто позначають: "1 -> n".

Приклади, що характеризують роботу пристроїв автоматики реалізованих на логічних елементах, можна знайти на сторінках електронної лабораторії про­грами SinSys (ПРЕ-4Ц, ПрЕ-Дз, ПРЕ-МД).

4.3.5. Компаратори

Компаратор - це пристрій порівняння. Контроль і корекція результатів операцій є важливою умовою грамотної експлуатації устаткування на транс по­рті. Контроль може бути програмним або апаратним. До апаратних методів від­носяться дублювання операцій і відновлення вхідних сигналів. Схеми порів­няння призначені для вироблення ознак відношень між двійковими словами (числами).

Ознаки відношень записують у вигляді:

Fj := A* K або FA*к;

Fj := A * B або Fa* b ,

де А і В - двійкові або двійково-десяткові числа; K - двійкова константа; i -номер відношення; * - операція відношення вигляду =, >, <, >=, <= та ін.; Fj -

функція, що задає результат відношення (1 - якщо відношення виконується, тобто істинне, 0 - якщо відношення не виконується, тобто помилкове. Функція компаратора позначається буквами COMP (comparator) або знаками "= ="

Основними відношеннями вважаються "рівне, "більше", "менше". Схеми, що реалізують ці відношення, називають схемами порівняння "на більше" або "на менше".

Фрагмент схемі пристрою автоматики тягової підстанції електричного транспорту ілюструє роботу системи максимального струмового захисту (МСЗ). Схема реалізована за допомогою однорозрядного компаратора (рис .4.19).

Рис .4.19 - Фрагмент схеми системи МСЗ с компаратором на ЛЕ

МСЗ застосовується для контролю фазних струмів. У схемі використана гальванічна розв'язка між джерелом високої напруги (А, В,С) і пристроєм авто­матики (UK). Логічна схема МСЗ забезпечує надійний контроль струмів I1, I2,

I3 і відповідне відношення між ними: I1>I2, I2>I3, I3>I1,11=I2=I3. Порівняння цих величин може бути розширено при відповідному доопрацюванні пристрою. Очевидно, що ці технічні рішення знаходять широке розповсюдження на транспорті, де часто реалізуються залежності, визначувані відношенням поточ­них значень величин з їх заданими пороговими значеннями.

У подібних схемах, наприклад, два n - розрядних числа дорівнюють, коли попарно дорівнюють між собою всі розряди цих чисел. Якщо числа А і В 4 -розрядні, то ознакою їх рівності буде виконання умови A3=B3: A2=B2; A1=B1; A0=B0, де А0 і ВО - молодші розряди.

Застосовуючи елемент порівняння для кожної пари відповідних розрядів, факт рівності обох чисел А=В буде встановлено, коли Е=Е3Е2Е1Е0=1. Якщо Е=0, то А не рівне В.

Порівняння може бути реалізоване і на інших схемотехнічних принципах. Умовне графічне позначення n - розрядного компаратора ілюструє рис.

4.3.6. Підсилювачі

Підсилювачами електричних сигналів називаються операційні підсилюва­чі (ОП), призначені для виконання різних операцій над електричними величи­нами. У пристроях автоматики підсилювачі виконують перетворення сигналів, нормалізацію їх рівнів, обчислювальні дії, узгодження вузлів з різними елект­ричними параметрами та ін. Широка номенклатура ОП, використовуваних в цифровій автоматиці, підтверджує їх невід'ємний зв'язок з МПП. Вихідні стру­ми ОП не перевищують 5 мА, а підсилювачі потужності дозволяють управляти багатьма виконавчими елементами на об'єктах електричного транспорту, забез­печуючи вихідні струми, визначувані сотнями і тисячами ампер.

Інтегральні ОП використовують у пристроях генерування, фільтрації, мо­дуляції і демодулювання сигналів спільно з мікроконтролерами та іншими МПП, вживаними в автономних пристроях автоматики безпосередньо на об'єк­тах і рухомих одиницях електричного транспорту.

На електричних принципових схемах підсилювачі зображаються як пока­зано на рис .4.21.

Рис .4.21 - Умовне графічне позначення підсилювачів: DA1 - DA3 - напруги; DA4 - потужності


На рис .4.22 представлений фрагмент схеми управління електричним дви­гуном M з живленням від джерела змінної напруги.

У схемі опто пара DA1 формує інформаційний дискретний сигнал, який перетворюється підсилювачами напруги DA2. Комутатор ланцюга живлення електродвигуна реалізований на симісторі VS.

На рис .4.23 зображений підсилювач, використовуваний для підключення електричної лампи EL1. Даний пристрій відрізняється застосуванням гібридної схеми, в якій підсилювачі напруги і потужності реалізовані відповідно на інтег­ральній мікросхемі DA2 і транзисторі VT1.

Рис .4.23 - Схеми підключення навантаження до оптодатчику

Розглянуті схеми знайшли широке застосування на різних об'єктах елект­ричного транспорту. Дуже важливою їх рисою є реалізація гальванічної розв'я­зки між пристроєм автоматики і потужним виконавчим елементом. Доцільність таких схем обумовлена підвищеними вимогами до захисту МПП від дії зовніш­ніх електричних ланцюгів.

Програми для розрахунку реальних підсилювачів напруги і потужності представлені в Windows-додатку SinSys (ПрЕ-1МР, ПрЕ-2УН, ПрЕ-3УМ).

4.4. Контрольні запитання

Перерахувати особливості системи логічних елементів.

Поясніть роботу логічних елементів ЧІ І, НІ.

Поясніть роботу асинхронного RS-тригера.

Поясніть роботу синхронного RS-тригера.

Поясніть, чому JK-тригер називають універсальним.

Укажіть на відмінності між тригерами типів JK, D, T.

Що таке послідовнісні пристрої?

Поясніть роботу лічильника й дільника.

Поясніть області застосування лічильників у МПП.

10.       Поясніть будову і роботу регістрів у МПП.

Що таке комбінаційні пристрої?

Поясніть призначення і будову дешифратора.

Наведіть класифікацію дешифраторів.

Поясніть відомі приклади застосування дешифраторів у МПП.

Поясніть призначення шифраторів у МПП.

Що таке мультиплексор?

Поясніть роботу пристрою з мультиплексором.

Що таке демультиплексор?

На прикладі поясніть доцільність використання демультиплексора.

Що таке компаратор?

Де використовуються компаратори на транспорті?

Поясніть назначення підсилювачів у МПП.

Наведіть приклад нормалізатора інформаційного сигналу з підсилюва­чем.

Поясніть призначення підсилювачів у пристроях дискретного управління потужними виконавчими елементами на транспорті.

Запропонуйте схему передачі 2n команд управління на n ВЕ, використо­вуючи логічні елементи.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я