Национальный аэрокосмический университет

им. Н.Е.Жуковского “ХАИ”

Кафедра электротехники и мехатроники

Дисциплина “Основы проектирования систем автоматизации”

Курсовой проект на тему:

«Анализ и синтез устройств систем автоматизации»

1. Цель проектирования

Приобретение навыков решения задач анализа и синтеза устройств систем автоматизации на современной и перспективной элементной базе.

2. Содержание задания

Для индивидуального варианта устройства, который задан схемой (см. табл. 1, рисунки дополнения) необходимо:

1. Провести анализ устройства (определить входы, выходы, ввод питания, тип и функции элементов, узлов; найти описание условий функционирования в виде таблиц, формул, временных диаграмм и тому подобное).

2. Полученные в п. 1 логические формулы, которые описывают комбинационную часть устройства, упростить путем использования аксиом и правил алгебры логики.

3. Определить место устройства в системе автоматизации. Начертить схему системы автоматизации с заданным устройством (Е1).

4. По результатам, полученным в п.1-2 разработать функциональную схему устройства (Е2).

5. На заданной элементной базе (см. табл.1) разработать принципиальную электрическую схему устройства (Е3).

6. Разработать микропроцессорную реализацию устройства и ее программное обеспечение.

7. Получить сравнительную оценку разработанных в п.5,6 вариантов устройств по сложности, скорости, помехоустойчивости и т.д.

3. Варианты заданий

Варианты заданий даны в табл. 1 и на рисунках (см. рис. дополнения).

При синтезе микропроцессорной реализации устройства системы контроля и управления автоматизированным производством (СКУ АП) использовать микропроцессор К580 и язык Ассемблера К580ВМ80.

Таблица 1

Варианты заданий

Методические указания

Для проведения анализа устройства необходимо определить функции элементов и узлов устройства; представить их описание в виде таблиц, временных диаграмм, логических выражений и тому подобное. Для определения функций элементов и узлов устройства необходимо пользоваться такими печатными источниками:

а) для дискретных узлов [1,2];

б) для логических элементов [3,4];

в) для коммутационных элементов (реле, переключателей, соединителей) [2];

г) для микропроцессоров и микропроцессорных систем [5,6,7].

Комбинационную часть устройства нужно описать в виде аналитического выражения и таблицы соответствия. Потом эти выражения упростить (если это возможно) путем использования аксиом и правил алгебры логики и найти тупиковую ДНФ (КНФ). Обязательно объяснить за счет чего удалось упростить форму логической функции.

При разработке электрической схемы устройства провести анализ элементной базы.

Пример решения задания

А. Содержание задания (п. 2,3, табл.1, рис. 1 дополнения).

Рис. 1. Общая схема СКУ АП (Е1)

Б. Решение:

1. Входы:

-управление – 2,3,4,5;

-информационные 7, 8, 9, 10, 11, 12,13.

Выходы: 1 группа – 21, 15, 17, 19;

2 группа – 14, 16, 18, 20.

Питание: 1, 6.

Элементы: Х1, Х2, .Х3, Х4, Y - реле, 6 - шифратор (CD); 7- регистр сдвига (RG), 8 - элемент эквивалентности.

Описание условий функционирования реле:

f_y(x) = x₂ x₃ + x₂ x₁ + x₂ x₁ x₃ + x₂ x₁x₃ + x₂ x₄ + x₂ x₄. (1.1)

Описание условий функционирования элемента 8:

f₈(1,2,3) = 1~2~3 = 1 . (1.2)

2. Путем использования аксиом и правил алгебры логики можно упростить формулу f_y(х). Для минимизации применим карту Карно («рис.3.43» на рис.1). Из карты Карно получим:

f_ymin(x) = x₄ + x₁ x₂ + x₂ x₃. (1.3)

3. Узлы 6,7,8 образуют кодопреобразователь (кодер) с парным весом («рис.3.42» на рис.1). Реле X1, Х2, ХЗ, Х4, Y коммутируют выходы кодера. Если в реле Y ток отсутствует, то выходы 1, 2, 3, 4 регистра подключаются соответственно к выходам 21, 15, 17, 19 устройства. Если в реле Y есть ток, то выходы 1, 2, 3, 4 регистра подключаются в соответствии с выходами 14, 16, 18, 20 устройства.

Такой кодер используется в каналах передачи СКУ АП на передающей стороне («рис.3.44» на рис.1).

4. Функциональная схема кодера. После упрощения функциональная схема кодера приведена на рис.2 («рис.3.45»).

5. Разработка электрической схемы устройства.

Серия интегральных микросхем (ИМС) 155 имеет более 70 элементов, но элементы шифратор и эквивалентность в серии отсутствуют. Поэтому их необходимо синтезировать на других элементах.

Синтез шифратора. Составляем таблицу соответственно входов и выходов («рис.3.46,а» на рис.2). Из таблицы получим

у₁ = x₇ + x₉ + x₁₁ + x₁₃;

у₂ = x₈ + x₉ + x₁₂ + x₁₃;

у₃ = x₁₀ + x₁₁ + x₁₂ + x₁₃.

Для реализации функций у₁, y₂ и у₃ возьмем элементы К155ЛЛ1 («рис.3.46,b» на рис.2). Функциональная схема шифратора представлена на рис. 2 («рис.3.46,с»). Таким образом, для реализации шифратора необходимо три микросхемы К155ЛЛ1 (D1, D2, D3).

Для реализации у₈ (1.2) используем элемент К155ЛП5 («рис.3.47,a» на рис.2) и элемент К155ЛН1 или К155ЛН2 («рис.3.47,b» на рис.2). Функциональная схема эквивалентности 8 представлена на рис.2 («рис.3.47,c»), которая имеет элементы D4, D5.

Для реализации функции f_у (х) необходимо пять реле РЭС22 («рис.3.47,d» на рис.2).

Рис. 2. Эквивалентность на элементах К155ЛП5 и К155ЛН1

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема устройства (Е3).