1000 М – длина волокон

Рис. 28. Отражение обратно в сердцевину происходит каждый раз при попадании луча на поверхность раздела сердцевина – оболочка; неосевые лучи света проходят зигзагообразный путь

Если оба луча поступают в волокно одновременно, многократно отражающийся луч достигает противоположного конца на 69 нс позднее осевого луча. Разность времен прохождения лучами определенного отрезка создает размытие бит или межсимвольную интерференцию в системах импульсной передачи данных и искажения. Если мы рассмотрим величину, обратную относительной временной задержке, в качестве оценки порядка ширины полосы, ограничиваемой дисперсией мод, мы получим 14,5 МГц.

Волокна с плавным изменением показателя преломления [7]

В волокнах с плавным изменением показатель уменьшается непрерывно при смещении луча от оптической оси волокна (рис. 29).

Показатель

преломления

n₁

сердцевина

n₂

R_B

R_B

оболочка

Радиус

а) б)

Рис. 29. Профиль изменения показателя преломления для волокон с плавным его изменением (а). Показатель преломления уменьшается по параболе от n₁ на оси волокна до n₂ на расстоянии радиуса R_В от оси (б). Поперечное сечение волокна показывает, что вблизи заштрихованной центральной оболочки свет проходит медленней, чем на некотором расстоянии от центра, что приводит к меньшему разбросу времени прибытия и меньшей дисперсии

Свет распространяется быстрее в областях с меньшим показателем преломления (крайние наружные участки волокна), что приводит к уменьшению разности времен прохождения, то есть меньшей дисперсии. Дисперсия минимальна, если форма профиля изменения показателя преломления приближается к параболической. Одномодовые волокна рассматриваться не будут. Разрабатываются устройства, позволяющие осуществлять передачу сигналов по световодным кабелям на расстояние до 300 км без использования промежуточных усилителей.

Существует два способа передачи информации: параллельный и последовательный.

а

А

В

С

D

1

А

В

С

D

а

b

c

d

) б)

а

b

c

d

3

2

1 – места измерений;

2 – центральный контрольно-измерительный пункт;

3 – мультиплексор.

Рис. 30. Передача информации: (а) – параллельная; (б) – последовательная

Пример: От точек измерения A – D поступает информация о температурных параметрах, которая должна быть передана на контрольно-измерительный пункт. Средством передачи информации является электрическое напряжение, по значениям которого регистрируемым токоизмерительным прибором, судят о температуре в отдельных точках измерения.

При параллельной передаче информации отображение всех параметров производится одновременно. Таким образом, для каждой точки измерения требуется канал связи с контрольно-измерительным пунктом и индикатор (рис. 30а).

При последовательной передаче информации (рис. 30б) параллельно передаваемые данные поочередно считываются специальным устройством (мультиплексором), после чего данные последовательно, то есть по общему каналу связи, передаются на контрольно-измерительный пункт, оборудованный индикационной аппаратурой. Наиболее эффективным решением является комбинированное использование обоих способов передачи.

Мультиплексор и селекторный канал [3]

В технике управления и регулирования часто встречается задача по переводу сигналов, поступающих из многих каналов, на один канал с последующим повторным распределением сигнала по различным каналам. Такой способ передачи сигналов называется многоканальным способом телеизмерений с временным разделением каналов.

По своей структуре это специализированные процессоры, которые управляют вводом или выводом информации для оператора. Мультиплексорный канал ввода-вывода обеспечивает передачу информации для внешних устройств, которые характеризуются скоростью передачи не более 500 Байт/сек.

а) б)

Рис. 31. а) Селекторный канал; б) Мульплексорный канал

К таким устройствам можно отнести: устройство ввода-вывода с перфолент, печатающие устройства, графопостроители, дисплеи. Мультиплексорный канал, имеющий более высокое быстродействие чем периферийное устройство, одновременно обслуживает несколько параллельно работающих устройств (рис. 31б), причем информация от каждого устройства передается побайтно.

Селекторный канал обеспечивает ввод или вывод информации внешних устройств, которые имеют скорость передачи 1 КБ/с и выше. К таким устройствам относятся накопители на магнитных и лазерных дисках. Селекторный канал работает в многопольном режиме и обслуживает только одно устройство (рис. 31а).

СИГНАЛ И ВИДЫ СИГНАЛОВ [6]

Общие сведения [6]

Характерным свойством сигнала является отображение с его помощью определенной временной характеристики (сигнализируемой величины) на носители информации. Для этого сам носитель информации должен иметь не менее одного характеристического параметра, значение которого зависит от сигнализируемой величины. Данный параметр называется «информационным».

Сигнал – это отображение информации с помощью ее носителей, обладающих собственными параметрами. Эти параметры отражают значения величин, информация о которых должна быть передана.

Таблица 13

Примеры информационных параметров

Изменение информационной величины	Носитель информации	Временная функция информационного параметра
Температура Т Т3 Т1 Т2 t t1 t2 t3	Ток, проходящий через термометр сопротивления	С I I2 I1 I3 t1 t2 t3 t ила тока
Частота вращения n t t1 t2 t3 t4	Ток регулирования	Ч t1 t2 t3 t t4 f астота колебаний

Продолжение таблицы 13

Уровень h h2 h3 t2 t3 t h1 t1

Свечение лампы

С E (3) (2) (1) t1 t2 t3 t t4 ила света

Виды сигналов [6]

В соответствии с различными признаками сигналы можно подразделить на несколько видов, например, по типу носителя информации сигналы разделяются на электрические, акустические и т.д.

Сигналы

Аналоговые

Дискретные

Многопозиционные

Цифровые

Рис. 32. Виды сигналов

Аналоговыми называются сигналы, информационные параметры которых могут в определенных границах иметь любое значение. Например, во временных функциях (табл. 13) информационные параметры (сила тока и частота колебаний) в определенных границах могут иметь любое значение в зависимости от сигнализируемой величины. Дискретными называются сигналы, информационные параметры которых могут иметь лишь ограниченное число значений.

К дискретным сигналам относятся многопозиционные и цифровые сигналы. В многопозиционных сигналах любому значению информационного параметра соответствует определенная информация.

Примеры: (двоичный сигнал). Акустический сигнал (зуммер, звонок и т.д.) обладает только двумя характерными состояниями (наличием или отсутствием звука) и поэтому может использоваться для информирования о 2 различных состояниях того или иного процесса. Например, с его помощью можно сообщать информацию о достижении или превышении предельного значения давления.

Указатели поворота служат для передачи определенной информации водителям других автомобилей. В данном случае информация передается с помощью сигнала, обладающего двумя информационными параметрами (двумя указателями поворота). Параметры (включено-включено).

Цифровые сигналы с двоичными информационными параметрами сравнительно легко поддаются обработке с помощью микроэлектронных функциональных блоков, сигналы обладают малой восприимчивостью к широким помехам, что обуславливает их широкое применение.

ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БЛОКИ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ [6]

Развитие электроники (в особенности микроэлектроники) оказывает большое влияние на различные сферы нашей жизни. Ее применение позволяет осуществить обработку информации с высокой степенью надежности, например, обработку информации, необходимой для автоматизации, организации и планирования производства; в военной, медицинской технике и т.д. Рассмотрим функциональные возможности комплексных схем на примере их принципиальных схем.

Схемы делителя напряжения

В электронных схемах часто применяют делитель напряжения

U_общ.

U_вых.

R₁

R₂

U₁

U₂

+

−

A

Рис. 33. Делитель напряжения из двух резисторов

Дано:

R₁ = 50 (ом)

R₂ = 100 (ом)

U _общ. = 3В

U₁ = ? U₂ = ?

Заданное напряжение U_общ. разделяется на U₁ и U₂:

U₁ = R₁ : (R₁ + R₂) × U_общ. ;отсюда

U₁ = 50 : (50 + 100) × 3 ≈ 1В; U₂ = R₂ : (R₁ + R₂) = 100 : (50 + 100) × 3 = 2В

Проверка: U_общ. = U₁ + U₂

3В = 1В + 2В

Вычисления выполнены правильно.

В большинстве случаев указывается не значение напряжения на резисторах, а потенциал в отдельных точках схемы относительно выбранной (опорной) точки. Опорной точкой в данном случае является проводник с отрицательным потенциалом. Таким образом, потенциал в точке равен: U_вых. = U.

В схеме, представленной на рис. 33, один из резисторов может быть заменен элементом, сопротивление которого изменяется в зависимости от воздействия различных физических величин (температуры, освещенности и т.д.). В этом случае потенциал на выходе схемы зависит от указанных величин. В схеме указанной на рис. 34 делитель напряжения содержит термистор.

R₁ К Ом

U_вых.

+

−

-R_t

1,5

1,0

R₁

0,5

20

100

200

t, ºС

Рис. 34. Делитель напряжения с сопротивлением, имеющим отрицательный температурный коэффициент

Рис. 35. Кривая зависимости сопротивления от температуры измерительного терморезистора TNК 15К

Термистором называется полупроводниковый элемент, значение сопротивления которого зависит от температуры

Термисторы подразделяются на терморезисторы и позисторы, то есть терморезисторы с положительным температурным коэффициентом. Сопротивление наиболее часто применяемых в технике терморезисторов уменьшается по мере повышения температуры. Их называют терморезисторами с отрицательным коэффициентом сопротивления.

Задача. Сопротивление резистора R₁ составляет 5 КОм. В качестве резистора R_t использован термистор TNK 15К; заданное напряжение = 12В. Определить выходной потенциал U_a при температуре 20 и 100°С.

Полученные данные занести в таблицу. Если выходной потенциал делителя напряжения должен зависеть от освещенности, то один из двух резисторов в схеме делителя напряжения заменяется элементом, сопротивление которого изменяется в зависимости от освещенности.

а) б)

Рис. 36. Условные обозначения фотодиода (а) и фототранзистора (б)

U_вых.

I_К

U_К

+

−

R_К

I_К

А

U_вх.

R_Б

V

I_Б

Э

Рис. 37. Транзистор в схеме с общим эмиттером (используется в качестве

делителя напряжения)

Таким элементом может быть фотодиод или фототранзистор (рис. 36).

Фотодиодом называется диод, р-n переход которого реагирует на попадающий на него свет.

Включение фотодиодов производится в запирающем направлении. Их сопротивление увеличивается при уменьшении света. Наиболее высокое значение их сопротивления в темноте. При попадании света в р-n переходе под действием световой энергии происходит генерация свободных носителей зарядов (электронов и дырок), что приводит к уменьшению обратного сопротивления фотодиода. Фототранзистор может быть рассмотрен как фотодиод с подключенным к нему усилителем, чем объясняется его повышенная чувствительность к свету.

Как правило, с помощью транзисторов обеспечивается переменное сопротивление делителя напряжения (рис. 37).

В схеме транзистора, включенного с общим эмиттером, током базы транзистора I_Б регулируется более мощный ток коллектора I_К.

В общем виде это можно представить следующим образом:

где: β – коэффициент усиления тока. В зависимости от типа транзистора коэффициент усиления β имеет значение от 10 до 1200.

Во многих случаях схема, приведенная на рис. 37, управляется с помощью двоичных сигналов, при этом транзистор используется в качестве переключателя. При потенциале на входе U_вх = 0 сопротивление транзистора очень велико (R_v ≈ ∞), что соответствует уменьшению сопротивления транзистора для значения, близкого к R_v = 0 (что соответствует замкнутому положению переключателя)

Пример. Транзистор используется в качестве переключателя (рис. 37).

Лампа Н гаснет при перекрытии светового клапана. Она включается транзистором V, входной сигнал которого является сигналом на выходе фотоэлектрического датчика.

+

Е

Н

R₂

V

R₁

−

а) б)

Рис. 38. Индикация состояния фотоячейки: а) фотоэлектрический датчик;

б) транзистор в качестве переключателя

В качестве делителя напряжения может также быть использована резисторно-емкостная схема (рис. 39а), которая отличается от уже рассмотренных схем тем, что при замыкании переключателя S выходной сигнал изменяется во времени (рис. 39б).

Свойства выходного сигнала можно лучше понять, рассмотрев сам принцип деления напряжения. В схеме (рис. 39б) в момент t_o прерыватель находится в положении «отключено». В момент включения конденсатор разряжен, напряжение U_c = 0. Вследствие этого все напряжение падает на резисторе, U_р = 10В. В момент t₁ = 30 c напряжение на конденсаторе возрастает до значения U_с = 9,5В, тогда падение напряжения на резисторе U_c = 0,5B. Сила тока через делитель многократно уменьшается по сравнению с силой тока в момент включения прерывателя Yt₀. Разрядка конденсатора происходит гораздо медленнее; это проявляется в слабом возрастании функции U_c(t) к моменту времени t₁.

Поэтому резисторно-емкостное устройство применяют для задержки того или иного процесса во времени.

U₀

U_c, В

S

+

12

I

U_R

8

+

U_С

4

V

−

−

10

20

30

40

0

t₀

t, сек

а) б)

Рис. 39. Резисторно-емкостной делитель напряжения: а) схема; б) временная диаграмма

изменения напряжения на конденсаторе

Элементы переключения и усиления [6]

Несмотря на стремительное развитие электроники электротехнические элементы, используемые для переключения и усиления (например, реле), еще находят применение. Реле состоит из катушки и сердечника подвижного якоря или одного или более контактов переключения.

б)

При прохождении тока по обмотке катушки якорь под воздействием магнитных сил приходит в движение и тем самым приводит в действие контакты переключения, которые используют как для включения, так и выключения тока в заправляемом контуре (рис. 40).

а)

нагреватель

ртутный

термометр

реле

~ 220В

-

+

Рис. 40. Схема включения реле: а) цепь управляющего тока; б) управляемый контур

Как правило, с помощью реле небольшой по силе ток преобразуется в многократно усиленный. В этом случае реле служит в качестве усилителя.

Пример. Электрическое отопление должно быть выключено при достижении определенной температуры, измеряемой контактным термометром. Сила тока нагрева отопления составляет 1А, в то время как максимальная нагрузка на контактный термометр 30 мА. Работа системы отопления осуществляется в данном случае по схеме, представленной на рис. 40. Из двух контактов реле использует тот, который в обесточенном состоянии катушки управления реле замкнут (цепь управления); второй контакт называется рабочим. При достижении заданной температуры цепь управляющего тока замыкается контактным термометром, якорь втягивается в катушку и происходит переключение контактов реле. Цепь нагревателя размыкается.

С падением температуры ниже заданной, реле выключается, что приводит к повторному включению отопления.

Преимуществами электронных средств переключения по сравнению с реле является более высокая скорость переключения и надежность. В качестве электронных переключателей могут быть использованы транзисторы и тиристоры (рис. 41).

+

L

V

S

+



L

S

V

R

R



а) б)

Рис. 41. Переключение транзистора (а) и тиристора (б)

Сравним особенности переключения транзистора и тиристора. При включении схемы управляющие входы транзистора и тиристора получают высокий потенциал. Обе лампы светятся. Транзистор и тиристор действуют в качестве переключателей в положении «включено». При включении схемы перевода контакта в открытое положение, в транзисторной схеме лампа гаснет, а в тиристорной – продолжает светиться.

+ Е

I

Л

R₁

t

t₁

± Е

Д

б)

С

t₃

− Е

t

t₂

а) в)

Рис. 42. Тиристор в цепи переменного тока: а) схема; б) временные диаграммы I = f(t) при небольшом и большом сопротивлении.

Транзистор действует в качестве переключателя в положении «отключено» до тех пор, пока поступает ток базы. Тиристор включается в результате кратковременного воздействия токового импульса и отключается только после кратковременного прерывания тока в цепи.

Действие тиристора сравнимо с действием реле, снабженного устройством самоблокировки.

Как у транзистора, так и тиристора сила управляемого тока многократно превышает силу управляющего тока. Таким образом, транзистор и тиристор действуют в качестве усилителей.

Тиристор используют в качестве исполнительного звена. При использовании сила тока в цепи тиристора периодически равна нулю и поэтому требуется только его включение, момент которого определяется сопротивлением переменного резистора, включенного в цепь управляющего электрода.

Чтобы включить тиристор, управляющий ток должен достичь определенного значения (ток зажигания). При небольшом сопротивлении резистора R току зажигания соответствует низкое напряжение (в момент t1 – рис. 42а), а при большом сопротивлении R – высокое напряжение (в момент t2 – рис. 42б). В обоих случаях выключение производится в момент t3. Вследствие более быстрого нарастания тока в момент включения (во втором случае) в цепи тиристора потребляется меньшая мощность (рис. 42б, в).

Оптоэлектронные элементы [6]

К оптоэлектронным элементам относятся, прежде всего, приемопередающие устройства светового излучения.

+

U_вх.

−

U_вых.

R2

R₁

V

−

+

Рис. 43. Передача сигналов с помощью оптоэлектронных средств (оптопары)

Светодиод является передающим устройством светового излучения, работающим с прямым смещением перехода. При прохождении тока в области р-n перехода происходит рекомбинация носителей зарядов электронов и дырок. При этом излучается квант света. Светодиоды используют, например, для индикации сигналов.

Фотодиод является приемным устройством светового излучения. В качестве оптических проводников служат стеклянные линзы очень малых диаметров (<1 мм).

Передача информации с помощью оптических проводников обладает рядом преимуществ по сравнению с передачей информации с помощью электроприемников и медного кабеля, например, независимостью от внешних электромагнитных помех, малой материалоемкостью.

Вследствие этого с развитием экономичных оптоэлектронных элементов передача сигналов в вычислительной технике, технике управления и обработки информации во все возрастающей мере осуществляется с помощью световодов (рис. 43).

Электронные устройства приема и передачи светового излучения, взаимодействующие между собой с помощью оптического проводника, называют оптопарой.

ПОЛУЧЕНИЕ И ЗАПОМИНАНИЕ ИНФОРМАЦИИ [6]

Получение данных о физико-технических величинах [6]

В технике автоматизации получение данных производится преимущественно измерением величин, осуществляется с помощью измерительной техники.

Основными функциями техники измерения параметров процесса являются: измерение параметров отображения в виде сигнала соответствующих данных, собранных для последующей отработки в системах автоматического управления:

1. Определение предельных значений параметров и сигнализация в случае их превышения.

2. Обеспечение заданного качества производимых изделий;

3. Контроль за протеканием процессов;

4. Сбор данных об измеряющих задающих параметрах вне устройства управления и последующая подача соответствующих сигналов в устройство.

Указанные функции выполняются без прерывания процесса, на определенных местах измерений, непосредственный доступ человека к которым затруднен или невозможен.

Измерение физико-технических величин (табл. 14) и их последующее отображение в виде сигналов, является основной функцией техники измерения параметров процесса. Так в технике регулирования с помощью измерительных устройств должны производиться измерения регулируемых параметров; в технике управления измерения переменных задающих параметров.

Контроль за параметрами производится на контрольно-измерительных пунктах. При отображении информации о параметрах процесса в форме, пригодной для ее восприятия человеком, индикация и регистрация параметров имеют значение преимущественно для наблюдения и контроля за протеканием процессов на централизованных контрольно-измерительных пунктах.

Таблица 14

Физико-технические величины

Величина	Символ	Единица измерения	Сокращенное обозначение
Температура Давление Поток массы Уровень Масса Сила Траектория Длина Толщина Угол Частота вращения	Т t(v) р dm /dt h, hf m F S l, L d, a, s n	Кельвин Градус Цельсия Паскаль Килограмм в секунду Метр Килограмм Ньютон - метр метр градус обороты в секунду, обороты в минуту	К °С Па Кг/см -1 М Кг Н - м м º об/сек об/мин

Сигнальное измерительное устройство [6]

Измерительное устройство предназначено для измерения физико-технических величин. Его основными элементами являются датчики и преобразователи (рис. 44).

Входная величина измеряемого устройства, называемая величина, сначала измеряется датчиком, а затем на основе соответствующих физических закономерностей отображается другой физической величиной.

Такое отображение измеряемой величины называется естественным сигналом, отображающим измеряемую величину. Для согласования естественного сигнала с другими звеньями, следующими в цепи за измерительным устройством, как правило, требует его преобразования в иные сигналы отображения с целью получения сигналов, обработка и последующая передача которых более просты.

Измеряемая

величина

Измерительный

датчик

Получение

информации

Измерительное

устройство

Измерительный

преобразователь

Индикация и

регистрация

Выдача

информации

Сигнал измеряемой

величины

Рис. 44. Схема измерительного устройства

Данным рядом преимуществ обладают электрические сигналы (например, постоянное напряжение или постоянный ток) в качестве носителей информации. Поскольку большую часть параметров процесса составляют неэлектрические величины, возникает необходимость их отображения в измерительном устройстве как электрических величин. Практическое значение имеет установление для всех сигналов с идентичным носителем информации единого диапазона параметров, а также преобразование сигнала, отображающего измеряемую величину в нормированный сигнал. Благодаря этому устройство становится универсальным устройством управления. В зависимости от характера дальнейшей обработки сигналов измерительное устройство может быть снабжено усилителем. Функциональная схема, приведенная на рис. 45 поясняет возможности преобразования сигналов в измерительном устройстве.

3

2

1

Технологический процесс

Рис. 45. Функциональная схема измерительного устройства: 1 – измеряемая величина;

2 – измерительный датчик (аналоговый или цифровой); 3 – сигнал датчика

Пример: Устройство для измерения давления в трубопроводе состоит из измерительного преобразователя давления (пластинчатого пружинного манометра), натяжение мембраны которого преобразуется с помощью системы рычагов и делителя напряжения с регулируемым соотношением деления (потенциометра) в электрическое напряжение (рис. 46).

R

~

V

Р

U_вых.

Рис. 46. Схема устройства измерения давления

Таблица 15

Анализ устройства для измерения давления (измеряемая величина – давление)

Измерительный датчик (измерительный преобразователь давления)	Естественный сигнал, отражающий измеряемую величину (натяжение мембраны с амплитудой Iр)
Первый измерительный преобразователь (отклонение рычага, сопротивление)	Первый сигнал отображения (сопротивление с амплитудой Iр)
Второй измерительный преобразователь (делитель напряжения с регулируемым соотношением деления)	Второй сигнал отображения (переменное напряжение с амплитудой Ip)
Нормированный преобразователь (преобразователь напряжения)	Выходной сигнал (постоянное напряжение в диапазоне нормированного сигнала с амплитудой Iр)

1 2 3 4

R

U~

U−

М

Р

S

R

U~

Рис. 47. Функциональная схема устройства измерения давления: 1 – измерительный преобразователь давления, 2 – преобразователь сопротивления, 3 – делитель напряжения с измеряемым соотношением деления, 4 – трансформатор напряжения.

Бесперебойное протекание того или иного технологического процесса, а также качество продукции во многом зависят от точности измерений параметров процесса. В устройствах регулирования измерительное устройство является непосредственным элементом процесса регулирования. Таким образом, любое ошибочное измерение отражается на протекании процесса и является причиной негативных конечных результатов его регулирования. Поэтому к измерительным устройствам предъявляются следующие требования:

• предельно точное определение параметров процесса с помощью измерительных датчиков;

• точное преобразование сигналов измеряемых параметров с помощью измерительных преобразователей;

• малая чувствительность устройств к помехам.

Аналоговое измерение величин [6]

Большую часть параметров процесса составляют аналоговые параметры, т.е. обладающие свойством в определенных границах принимать любое значение.

При аналоговом измерении выходным сигналом измерительного устройства является аналоговый сигнал.

На рис. 47 приведена функциональная схема устройства измерения давления.

В качестве примера аналогового измерения можно привести измерение давления (рис. 46).

Аналоговое измерение температурных параметров [6]

Большинство материалов в той или иной степени чувствительны к воздействию температуры. Поэтому обеспечение многих технических процессов в существенной мере определяется их температурой. В технике автоматизации особое значение имеет измерение температуры.

Так, от температуры зависит агрегатное состояние материалов, а также протекание химических реакций. Кроме того, прокаливание металлов должно производиться при определенной температуре. Соблюдение режима рабочей температуры двигателей внутреннего сгорания уменьшает степень их износа и расход энергии.

В технике автоматизации практическое значение имеют только такие технические способы измерения температуры, при использовании которых возможно получение сигнала, пригодного для последующей обработки; это преимущественно электрические способы измерения (табл. 16)

Таблица 16

Технология электрического измерения температуры

Измерительное устройство	Диапазон температур, ºС	Носитель информации выходного сигнала
Термоэлемент (термопара): Cu – констант Fe – константан платинородиевый	200...400 200...700 0...1300	Напряжение
Термометр сопротивления: Платина Никель Полупроводник (резистор с отрицательным температурным коэффициентом)	200...500 60...150 40...180	Ток

Термоэлемент (термопара) состоит из двух спаянных друг с другом проводников из различных металлов (рис. 48).

1

2

3

5

t_M

t_V

4

U_ТП = К (t_M − t_V)

Рис. 48. Термоэлемент: 1 – место измерения, 2 – термоэлектроды, 3 – медные проводники,

4 – места сравнения, 5 – измерительный прибор.

Если различные участки термоэлектродной ЭДС подвергнуты воздействию различной температуры, между этими участками создается некоторое постоянное напряжение (термоэдс), составляющее до 50 MB. Это напряжение зависит от разницы температур на различных участках термоэлектродной ЭДС, а также от материалов, используемых для ее изготовления. Если температура места сравнения поддерживается термостатом постоянной, то между температурой места измерения и термоэдс прослеживается прямая зависимость.

R, КОм

R, Ом

5

200

4

3

100

2

1

50

100

0

t, ºС

100

t, ºС

50

а)

б)

Рис. 49. Температурная зависимость измерительных сопротивлений:

а) платиновое сопротивление; б) сопротивление с отрицательным температурным

коэффициентом

В технических устройствах для измерения температуры место сравнения расположено снаружи присоединительной головки термоэлемента (рис. 49).

5

6

3

4

2

t_V = const

1

t_М

Рис. 50. Устройство с термоэлементом для измерения температуры: 1 – термоэлектроды; 2 – защитная трубка; 3 – места сравнения; 4 – термостат; 5 – термоэлемент; 6 – соединительные провода.

Принцип действия термометра сопротивления заключается в том, что сопротивление металлического проводника или полупроводника изменяется с изменением температуры.

Металлические измерительные термосопротивления (термопары) обладают положительным температурным коэффициентом. Это означает, что при повышении температуры сопротивление возрастает.

Полупроводниковые измерительные термосопротивления обладают отрицательным температурным коэффициентом, поэтому при повышении температуры их сопротивление понижается. Измерение температуры с помощью термоэлемента и термометра сопротивления называется контактным измерением. Для переноса теплоты объект измерения должен соприкасаться с измерительным датчиком (рис. 48 и 49).

Цифровое измерение величин [6]

Данный вид измерения применяют в том случае, когда необходима обработка цифровых сигналов в устройстве, следующем в цепи после измерительного устройства.

При цифровом измерении выходным сигналом измерительного устройства является цифровой сигнал. Поэтому цифровое измерение величин необходимо, например, в цифровых устройствах управления, а также в процессах, управление которыми осуществляется с помощью ЭВМ.

Поскольку большая часть измеряемых параметров аналоговая, их сигнал в измерительном устройстве должен быть преобразован в цифровой (рис. 51).

U

t

U

t

а) аналоговый б) цифровой

Рис. 51. Преобразование аналогового сигнала в цифровой

и наоборот – цифрового в аналоговый

Для отображения аналоговых величин в виде цифровых сигналов необходимо следующее:

• квантование измеряемых или отображаемых величин и ступенчатое разделение их временного диапазона на ряд поддиапазонов (дискретизация по времени);

• отображение одним из двоичных кодов каждого поддиапазона изменяемой величины как комбинации двоичных сигналов.

Преобразование аналогового сигнала в двоичный производится с помощью аналого-цифрового преобразователя (рассматривается в другой главе). Используют в основном цифровой сигнал, при котором каждому счету соответствует определенный цифровой код.

Цифровое измерение траекторий [6]

На примере измерении траекторий и углов, имеющее большое значение для цифрового станочного управления и управления работой промышленных роботов, можно несколько подробнее рассмотреть принцип цифрового измерения.

При измерении траекторий методом приращений ее разделяют на ряд шагов ΔS (например, в станочном управлении ΔS составляет 0,01 мм). Каждая из единиц обладает собственным счетным импульсом. Далее подсчитываются импульсы. Как правило, для генерирования импульсов применяют фотоэлектрическое сканирование стеклянной растровой линейки (рис. 53).

ΔS

1 3 5 7 D

															20		0
															21		0
															22		4
															23		8
															24		0

Σ 12

Рис. 52. Линейка кодирования с двоичным кодом: ΔS – величины растров,

D – десятичное значение измеряемой величины.

Сейчас для контроля перемещений в основном используются шаговые двигатели.

Растровой линейкой и сканирующим устройством производят квантование аналоговой измеряемой величины (траектории). В счетчике производят суммирование импульсов и отображение результатов подсчета в форме цифрового сигнала.

Линейка кодирования состоит из параллельно расположенных растровых шкал (рис. 52) с различной величиной шага. Расположение шагов на каждом из растров определяется использованием того или иного кода (двоичного, двоично-десятичного и т.д.). Измеряемая величина определяется расшифровкой комбинации сигналов соответствующего растра. Таким образом, линейка кодирования представляет собой аналого-цифровой преобразователь. Сканирование отдельных растров может производиться фотоэлектронным способом.

S

ΔS

К счетчику

Рис. 53. Устройство для измерения траекторий

Выходной сигнал сканирующего устройства может вводиться в ЗУ или подвергаться дальнейшей обработке с помощью ЭВМ.

Метод цифрового измерения траектории применяют, в частности, в позиционном станочном управлении. Растровая линейка или линейка кодирования фиксируется на суппорте станка. Ее длина соответствует измеряемой траектории суппорта. Как правило, сканирующее устройство изготавливают стационарным. Так же производят цифровое измерение углов. Однако вместо растровой линейки кодирования для измерения применяют растровые диски или диски кодирования.

Определение двоичных состояний [6]

Наряду с измерением основных физико-технических величин требуется также получение информации об определенном состоянии процессов, например: о наличии объектов процесса (деталей станков и т.д.); позиционирования станков и деталей; об обеспечении заданных величин процесса; установке предохранительных устройств; о рабочем состоянии различных частей установки.

Указанные состояния могут иметь только два значения:

• объект есть – объекта нет;

• позиционирование произведено – не произведено;

• предельное значение заданных величин превышено – не превышено;

• защитная сетка опущена – не опущена;

• двигатель включен – отключен.

Поэтому подобные состояния могут отображаться в качестве двоичных сигналов. Определение таких состояний является важным условием автоматизации – прежде всего автоматизации производственных процессов на базе станков с ЧПУ и промышленных роботов.

Для этого используют устройства с двухпозиционным режимом работы: контактные и бесконтактные электронные переключатели, измерительные устройства с двоичным сигналом на выходе и др.

С помощью переключателей передается сигнал, служащий для отображения определенной позиции объекта. Примером оптического переключателя может служить система, состоящая из источника света (светодиода) и фотоприемного устройства (фототранзистора), называемая световым затвором (фотоячейкой).

Как правило, фотоячейку используют для контроля объектов позиционирования (т.е. обеспечения определенного положения станка и детали, необходимого в процессе производства), а также для подсчета деталей. Наряду с оптическими переключателями применяют также индуктивные, у которых положение объекта влияет на индуктивность катушки, что обусловливает переключение.

Пример. С помощью индуктивных переключений можно управлять потоком транспорта на перекрестках. Для этого в покрытие улиц в непосредственной близости от перекрестка помещают катушки, индуктивность которых изменяется при проезде каждого автомобиля. Таким образом, производится управление работой усилителя, сигналы от которого поступают на микроЭВМ. В зависимости от потока транспорта производится автоматическое включение и выключение сигналов светофора.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МП СИСТЕМАХ [4]

Общие сведения [4, 13]

Развитие технологии и схемотехники микроэлектронных схем привело к созданию больших интегральных схем (БИС), представляющих собой универсальные по назначению, функционально законченные устройства, по своим функциям и структуре напоминающие упрощенный вариант процессоров обычных ЭВМ, но имеющие несравнимо малые размеры. Такие БИС получили название микропроцессоров (далее – МП). Микропроцессор (МП) – это микросхема или совокупность небольшого числа микросхем (соответственно один или несколько кристаллов БИС), выполняющая над данными арифметические и логические операции и осуществляющая программное управление вычислительным процессом.

Микропроцессорные средства выпускаются промышленностью в виде наборов, совместимых по уровням напряжения питания, сигналам и представлению информации БИС, включающих МП, микросхемы оперативной и постоянной памяти, управления вводом выводом, генераторы тактовых импульсов и т.д.

Микропроцессорные средства служат основой для создания различных универсальных и специализированных микроЭВМ, микропроцессорных информационно-управляющих систем, программируемых микроконтроллеров, разнообразных микропроцессорных приборов и устройств контроля, управления и обработки данных.

МикроЭВМ называют устройства обработки данных, содержащие один или несколько МП, БИС постоянной и оперативной памяти, БИС управления вводом-выводом информации и некоторые другие системы.

МикроЭВМ такой конфигурации обычно применяют в качестве встраиваемых в различные станки, машины, технологические процессы управляющих устройств (контроллеров). МикроЭВМ широкого назначения, используемые для выполнения вычислительных работ, управления сложными технологическими процессами, оснащаются необходимыми периферийными устройствами (дисплеями, печатающими устройствами, накопителями на гибких и жестких дисках, аналого – цифровыми и цифро − аналоговыми преобразователями и др.). МикроЭВМ с небольшими вычислительными ресурсами (малым объемом памяти и быстродействием) и упрощенной системой команд, ориентированной на выполнение процедур управления различным оборудованием, называется микроконтроллером.

Высокая универсальность и гибкость МП, достигаемая благодаря программному управлению, высокая технологичность МП средств, обеспечиваемая модульным принципом конструирования, который предполагает реализацию этих средств в виде набора функционально-законченных БИС, просто объединяемых в соответствующие вычислительные устройства, а также низкая стоимость, небольшие размеры, высокая надежность, возможность встраивания МП средств в приборы, машины и технологические линии, обеспечивают МП исключительно широкое применение в различных управляющих и обрабатывающих данные цифровых устройствах и системах.

Использование МП приводит к изменению характера проектной работы разработчика устройств и систем автоматики: во многих случаях проектирование схем заменяется разработкой программ настройки МП аппаратуры на выполнение определенных функций.

Основные характеристики и типы МП [4, 13]

К основным характеристикам МП (МП наборам БИС) относятся следующие показатели:

• тип микроэлектронной технологии, используемой при изготовлении МП БИС;

• количество кристаллов (БИС), образующих МП комплект;

• размеры кристаллов;

• количество элементов (транзисторов) в кристалле;

• длина (количество двоичных разрядов) в слове, обрабатываемом МП за один прием;

• быстродействие МП (тактовая частота, время выполнения команд основных операций);

• емкость адресуемой памяти;

• тип управляющего устройства (схемное или микропроцессорное управление);

• эффективность системы команд (количество команд, выполняемые операции, возможные способы адресации, наличие команд со стековой памятью, команд операций с битами, десятичными числами, числами с плавающей точкой и т.д.);

• число уровней прерывания;

• возможность прямого доступа к памяти;

• пропускная способность интерфейса ввода-вывода;

• количество уровней напряжения питания;

• номинальные параметры используемых сигналов;

• мощность, рассеиваемая БИС МП;

• наличие и доступность для пользователя аппаратно-программных средств поддержки проектирования программ для МП и отладки устройств и систем.

Все многообразие МП удобно делить на три различных типа:

1. Однокристальные МП с фиксированной разрядностью слова, с фиксированной системой команд и, как правило, с управляющим устройством со «схемной» логикой.

2. Многокристальные (секционированные) микропрограммируемые МП с изменяемой разрядностью слова и с фиксированным набором микроопераций.

3. МП цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени, предназначенные для реализации цифровых фильтров и преобразования Фурье в МП системах высокого быстродействия.

МП первого типа имеют логическую организацию, напоминающую организацию процессоров обычных ЭВМ. В них в явной форме нашел отражение принцип обработки данных на основе использования команд программы. Поэтому методы работы с МП первого типа в определенной степени подобны методам использования малых ЭВМ.

МП второго типа основан на конструктивном принципе функционально-разрядного слоя, предполагающем реализацию на кристалле малоразрядной (2-4 разряда) МП секции (слоя). В этом случае для обеспечения заданной разрядности обрабатываемых слоев МП составляется соответствующее количество кристаллов МП секций, объединяемых микропрограммным управляющим блоком, реализованном на отдельных кристаллах. Микропрограммируемые многокристальные МП обеспечивают большую гибкость в достижении нужных пользователю характеристик (в первую очередь быстродействия) проектируемого МП устройства, позволяя пользователю задавать специализированную систему команд, ориентированную на определенное применение. Однако, при этом пользователь должен разработать микропрограммы, реализующие эти команды, и занести их в управляющую память МП, что в свою очередь, требует от проектировщика умения программировать на Ассемблере.

МП третьего типа представляют собой узкоспециализированную микроЭВМ с простейшей системой команд и малым объемом памяти, но имеющую средства аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований, коммутации аналоговых сигналов, способную за один прием обрабатывать слова, имеющие длину 24 и более двоичных разрядов.

Ведение в микропроцессорные системы [4, 13]

Появление МП привело к резким изменениям в методологии проектирования логических систем. При традиционных подходах, характеризуемых применением так называемой «жесткой» логики, системы строятся из отдельных логических блоков (триггеров, вентилей и счетчиков), выбор которых диктуется конкретным назначением системы. Эти блоки соединяются между собой таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая структура потока данных. Такой подход напоминает разработку аналоговых схем, при которой структура схемы соответствует выполняемой ей функции. Будучи однажды реализованной, функция схемы не поддается изменению.

МП, напротив, позволяет создать систему управления общего назначения, которая может быть адаптирована для самых различных целей посредством изменения в программе управления.

Индивидуальность каждой отдельной системы обуславливается последовательностью команд (называемой программой), которые управляют работой системы. Следовательно, существуют два разных аспекта МП систем: физические компоненты (называемые аппаратными средствами) и программы (называемые программными средствами).

Базовая микропроцессорная система [8, 13]

Рассмотрим системы с клавиатурой и цифровым дисплеем, подобные в определенном смысле карманному калькулятору. В такой системе при нажатии клавиши должна появляться соответствующая цифра. Это характерный пример естественного использования микропроцессоров. Как он реализуется, показывает блок-схема системы, приведенная на рис. 54.

Микропроцессор (называемый для краткости процессором) является «мозгом» системы. В нем заключена вся логика, необходимая для распознавания и выполнения совокупности команд (программы). В его запоминающем устройстве хранится программа, но могут хранится и данные. Микропроцессору необходимо обмениваться информацией с клавиатурой и дисплеем. Порт ввода, через который процессор может считывать данные, связывает его с клавиатурой, а порт вывода, куда процессор может пересылать данные – дисплеем.

Отдельные узлы микроЭВМ связаны тремя шинами. Шина представляет собой группу проводов, обеспечивающих параллельное соединение устройств системы. Шину адреса ША можно уподобить номерам секции стеллажа для раскладки почтовой корреспонденции; они указывают ячейки памяти, в которые информация должна быть занесена или из которых ее следует взять.

МикроЭВМ

Адресная шина (ША)

Клавиатура

Порт

ввода

МП

ПЗУ

Память

ОЗУ

Порт

вывода

Дисплей

Внешнее

устройство ввода

данных

Внешнее

устройство

вывода

данных

Шина данных (ШД)

Управляющая шина (ШУ)

Рис. 54. Базовая МП система

Как только МП выберет определенную ячейку посредством адресной шины, ЗУ пересылает информацию на шину данных. Информация может идти ШД от процессора к ЗУ (запоминающему устройству) или к порту вывода, либо от порта вывода. Заметим, что МП участвует во всех пересылках данных, то есть обычно данные не поступают непосредственно от одного порта к другому или из ЗУ к порту.

Третья шина называется управляющей. Эта шина представляет собой группу проводов, несущих сигналы, которые сообщают ЗУ и устройствам ввода-вывода (УВВ) о готовности МП выполнить очередную пересылку данных. По управляющей шине передаются и такие сигналы, которые позволяют УВВ обращаться к процессору с запросами.

Один цифровой сигнал высокого или низкого уровня передает 1 бит информации (1 или 0). МП, работающие с 8-разрядными словами (байтами), называют 8-разрядными. Применительно к 8-разрядному МП термин «байт» и «слово» означает одно и то же, но, термин «слово» используется также и для обозначения группы из 16 и более двоичных разрядов.

Программы [8]

Для того чтобы заставить систему выполнять поставленную задачу, требуется задать соответствующую последовательность команд, например:

1. считать данные с клавиатуры;

2. выдать данные на дисплей;

3. повторить (вернуться к шагу 1).

Чтобы МП мог выполнить какую-либо из предписанных задач, команды должны быть представлены в коде, понятном МП, и записаны на машинном языке в память МП системы. МП начинает работу с чтения первой машинной команды. Распознав смысл выбранной команды, он выполняет указанное в ней действие. Затем процессор считывает команды из следующей ячейки памяти и выполняет соответствующие действия, и далее этот процесс последовательного обращения к ячейкам ЗУ повторяется.

Существуют определенные команды, которые заставляют МП нарушать последовательность просмотра ячеек памяти и обратиться за очередной командой не к следующей, а к какой-нибудь совсем другой ячейке. Таким образом, программа может заставить МП вернуться и к любой предыдущей команде, формируя цикл, подлежащий повторному выполнению.

Это дает возможность реализовать многократно повторяющиеся действия при помощи относительно короткой программы.

Ввод-вывод [8]

Полная МП система, включающая МП, память, порты ввода-вывода, называется микрокомпьютером или микроЭВМ. Устройства, подключаемые к портам ввода-вывода (например, клавиатура и дисплей) называются внешними устройствами или устройствами ввода-вывода. Внешние устройства образуют интерфейс между системой и пользователем. Они могут также связывать микрокомпьютер и с внешним оборудованием. Обращение к ЗУ типа накопителей на магнитных лентах или дисках происходит так же, как и к внешним устройствам.

Все устройства в МП системе обмениваются информацией с MП, используя одну и ту же группу проводов (шину данных). МП выбирает лишь одно какое-либо устройство, с которым будет производить обмен информацией через шину данных, а остальные отключает. Такая способность МП избирательно подключать и отключать различные устройства обеспечивается наличием на их выходе, подсоединенном к шине логической схемы с тремя состояниями (шинного формирователя).

Порт

ввода

формиро-ватели с тремя состояниями

МП

формирователи с тремя состояниями

Память

формиро-ватели с тремя состояниями

Порт

вывода

≈

≈

Шина данных

Рис. 55. Шинные формирователи с тремя состояниями в МП системе

На рис. 55 показано, как такой формирователь используется в МП системе, он присутствует на выходе каждого устройства, передающего информацию на шину данных (ЩД). МП вырабатывает управляющие сигналы (передаваемые по управляющей шине наряду с другими), отпирающие формирователь только того устройства, с которого будут считываться данные. Одновременно аналогичные формирователи остальных устройств блокируются. На рис. 56 показаны основные входные и выходные сигналы микропроцессора.

Это шестнадцать адресных выходов, которые управляют адресной шиной, и восемь информационных выходов, связанных с шиной данных. Информационные выходы являются двунаправленными, то есть, через них данные могут и вводится и выводится. Управляющие сигналы READ и WRITE координируют пересылку данных на шину данных.

Два сигнала, показанные в левой части схемы, реализуют дополнительные функции управления. Вход RESET (сброс) служит для инициализации внутренних схем микропроцессора. Вход INTERRUPT (прерывание) разрешает МП останавливать выполнение текущей задачи и перейти к другой, которая должна быть выполнена немедленно.

Две связи, показанные в верхней части схемы идут к внешнему кристаллу, кварц которого применяется для установления частоты генератора автоколебаний в МП.

Генератор тактовых импульсов синхронизирует работу всех устройств системы и задет скорость выполнения команд. Обычно МП состоит из трех частей: управляющего устройства (УУ), арифметико-логического устройства и регистров. УУ контролирует все операции пересылки и преобразования данных, происходящие в МП, и синхронизирует их. АЛУ выполняет арифметические и логические операции. В кристалле МП находятся также четыре основных регистра: счетчик команд (СК); регистр команд (РК); счетчик данных (СД), называемый также регистром адреса памяти (РАП) и аккумулятор (А).

от кварцевого задающего

генератора

Х1 Х2

А₀

А₅

А₁₀

А₁₅

D₀

D₇

Read

Write

выход тактового

генератора

адресная шина

Reset

Interrupt

шина данных

управляющая шина

Рис. 56. Основные сигналы микропроцессора

СК хранит программные адреса и обычно указывает очередную команду,

подлежащую исполнению. Сама команда загружается в регистр команд.

РАП (регистр адреса памяти) хранит адрес данных. Наконец, аккумулятор содержит, как правило, данные либо результаты арифметических или логических операций. В 8-разрядных МП ширина разрядной сетки А и РК составляет 8 бит, а СД и СК – 16 бит.

СИСТЕМНАЯ ШИНА [9]

Общие сведения [9]

Важной характеристикой компьютера, которая наряду с типом основного МП определяет возможности и диапазон применяемости компьютера – это тип системной магистрали передачи данных внутри компьютера, в простонародье – шины. Шина входит в состав материнской (системной) платы компьютера и осуществляет обмен данными между процессором или оперативной памятью и контроллерами внешних устройств компьютера и т.д. Все контроллеры внешних устройств, кроме размещенных непосредственно на материнской плате, подключаются к компьютеру путем вставки этих контроллеров в свободные разъемы (стопы) шины.

Типы системных шин ПК [9]

1. Шина ISA обладает невысокой производительностью, была разработана фирмой IBM при создании компьютера IBM PC AT. Эта шина является весьма дешевой, но «малоинтеллектуальной» и малопроизводительной. Возможности этой шины вполне достаточны для работы с низкоскоростными устройствами: клавиатурой, монитором, дисководами для гибких дисков, принтерами и модемами. Однако современные жесткие диски, видеоконтроллеры и адаптеры локальных сетей должны осуществлять ввод-вывод со значительно большей скоростью, чем та, которая обеспечивается шиной ISA. Поэтому в настоящее время большинство высокопроизводительных компьютеров оснащается более современными системными шинами.

2. Шина МСА, разработанная фирмой IBM в 80-х годах, стала первым стандартом высокопроизводительной системной шины. Эта шина не совместима с шиной ISA, то есть все разработанные для шины ISA контроллеры не годятся для шины МСА. Из-за этого, а также из-за того, что воплощенные в шине технологические решения запатентованы фирмой IBM, этот стандарт шины не прижился.

3. Шина EISA разработанная в 1989 г, также обеспечивает обмен данными между процессором или оперативной памятью и контроллерами внешних устройств по 32-битовой магистрали с высокой скоростью (ЗЗ Мбайт/с). В разъемы этой шины могут встраиваться как контроллеры для шины EISA, так и контроллеры для шины ISA (хотя последние, естественно, не обеспечивают высоких скоростей обмена информацией). Кроме того, шина EISA во многих случаях не обеспечивает нужное быстродействие, особенно в задачах обработки изображений, анимации, мультимедиа и т.д.

4. Шина VESA (обычно называемая локальной шиной, VL – шиной и т.д.), разработанная ассоциацией VESA (Video Electronics Standards Association). Эта шина обеспечивает более дешевое и более эффективное подключение высокоскоростных внешних устройств, поддерживая непосредственный доступ центрального процессора к соответствующим контроллерам (видеоконтроллерам, контроллерам жестких дисков, адаптерам локальной сети). Для использования остальных устройств на такие компьютеры устанавливается другая шина (ISA или для высокопроизводительных компьютеров, ЕISA). Благодаря разработанным ассоциацией VESA правилам «шинного арбитража» эти шины могут существовать в одном компьютере, не мешая друг другу. Компьютеры с шинами VESA и EISA часто называются «VESA/EISA».

5. Шина PCI, разработанная фирмой INTEL с участием ряда других фирм, является конкурентом шины VESA и во многих случаях обеспечивает еще более быстрый обмен с внешними устройствами, чем шина VESA. Наиболее часто шина РСI используется для микропроцессоров типа Pentium, так как она обеспечивает наиболее эффективное использование их возможностей. Как и шина VESA, шина PCI обычно используется совместно с шиной ISA или EISA.

Шинный драйвер [11]

В МП системах с магистральной организацией возникает необходимость объединять модули системы общими линиями связи. Для этого используются специальные СИМС магистральных усилителей – шинные драйверы.

Функциональная схема ШД (К589АП16) приведена на рис. 57.

Принцип построения схем, отключающихся от нагрузки, используется не только в ШД, но и в портах, и шинных буферах МП, показан на примере буферного усилителя транзисторно-транзисторной логики.

На рис. 58 представлена принципиальная схема магистрального инвертора, часто называется схемой с тремя состояниями. Здесь при нулевом сигнале на управляющем входе V усилитель передает входную переменную X на выход Y с инверсией. При V = 1 транзистор Т2', включенный параллельно с транзистором Т2, и сформирует в точке К потенциал, близкий к нулю. В результате этого выходные транзисторы ТЗ и Т4 окажутся в режиме отсечки. Выход Y перейдет в высокоимпендансное состояние (не 0, не 1).

Свойство схемы отключаться от нагрузки под воздействием управляющего сигнала V используется для построения магистральных связей путем соединения на общей линии выходов Y множества источников сигналов.

Вх₀

Вых₁

Вх₁

Вх₂

Вх₃

Вых₃

Вых₂

Вых₀

&

&

Вх/Вых₀

Вх/Вых₁

Вх/Вых₂

Вх/Вых₃

ШФ

К589АП16

Y

R₅

R₄

T'₂

T₄

T₂

K

R₂

R₃

R₁

+5В

Х

V

T₁

Рис. 57. Функциональная схема

шинного формирователя

Рис. 58. Принципиальная схема

инвентора ТТЛ с тремя состояниями

Если , то , иначе высокий импенданс