2. Лабораторная работа № 1 синтез управляющего автомата

Цель работы: Целью работы является изучение структуры и метода синтеза дискретного управляющего автомата, реализующего микропрограммный принцип управления.

Оборудование:

1. лабораторный макет структурного управляющего автомата,

2. лабораторный стенд (п.1) или исполнительный механизм дискретного действия ( операционный автомат) или аналоговый объект управления с блоком релейного элемента.

1. Лабораторный макет управляющего автомата

При использовании микропрограммного принципа управления дискретное устройство принято делить на операционный и управляющий автоматы. Операционный автомат (ОА) служит объектом управления со стороны управляющего автомата (УА). ОА предназначен для выполнения заданного набора операций в процессах приема, обработки, хранения и передачи материалов, энергии и информации. Он может вырабатывать выходные дискретные сигналы Z(z₁,z₂…z_n) и сигналы-признаки X(x₁…x_k), которые поступают на УА и информируют его о результатах выполненной операции. На управляющий автомат могут подаваться также внешние управляющие входные сигналы, определяющие работу автомата.

УА генерирует последовательность управляющих сигналов Y=(y_o ... y_m) для ОА в соответствии с заданной микропрограммой, внешними управляющими сигналами и с результатами выполненной операции в ОА. Каждый управляющий сигнал y_i инициирует выполнение соответствующей микрооперации в ОА.

Работа синхронного управляющего автомата тактируется внешними импульсами от генератора тактовых сигналов. Управляющий синхронный автомат представляется в виде совокупности двух основных блоков: комбинационной схемы (КС) и блока элементов памяти, предназначенного для хранения в течение одного такта работы части выходных сигналов КС содержащих информацию о состоянии автомата, т. е. его предыстории. Другая часть выходов КС предназначена для управления операционным автоматом (объектом управления).

Блок-схема макета управляющего автомата приведена на его передней панели (рис.2.1.). Макет автомата содержит:

1. комбинационную схему на базе программируемого запоминающего устройства (ЗУ), реализующую 8 логических функций четырех переменных x₀, x₁, x₂, x₃;

2. память переменных состояний в виде четырехразрядного регистра на D-триггерах;

3. генератор уровня (ГУ), предназначенный для выработки сигналов логической “1” и логического “0” и управляемый тумблером;

4. генератор одиночных импульсов (ГОИ), предназначенный для генерации одиночного тактового импульса при нажатии кнопки;

5. генератор тактовых импульсов (ГТИ);

6. двоичный счетчик на 4 разряда,

7. модулятор,

8. кодовые диски.

Микропрограммный автомат состоит из КС и памяти переменных состояний. Комбинационная схема, имеющая 4 входа и 8 выходов, искусственно разделена на две части со структурой 4x4. Верхняя часть предназначена для управления памятью переменных состояний, реализованной на четырехразрядном D-тригере, нижняя – для выработки сигналов управления исполнительными механизмами (ОА). Каждая часть КС реализована на микросхеме (м/с) статического оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 155РУ2. Входы данных двух м/c 155РУ2 объединены и подключены к правому кодовому диску и предназначены для установки с кодового диска входных данных при программировании. Адресные входы 155РУ2 также объединены. Они подключаются через управляемый тумблером “РАБОТА/ПРОГРАММИРОВАНИЕ” коммутатор на м/с 155КП11, или к левому кодовому диску для задания адреса в режиме программирования или ко входам автомата в режиме работы.

Для реализации импульсного режима работы исполнительных механизмов макет содержит модулятор (прерыватель), управляющий работой двух выходов (D0, D1) нижней комбинационной схемы. Модулятор включается своим тумблером и имеет ручки регулировки длительности импульса и длительности паузы.

Для записи входных данных в каждом такте работы D- тригеров макет содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ). Запись данных в память состояний осуществляется по переднему фронту тактового импульса. ГТИ имеет тумблер “вкл/выкл” и ручку управления частотой тактовых импульсов. Подача одиночного тактового импульса при отладке работы автомата осуществляется кнопкой при отключенном ГТИ. ГТИ не работает в режиме “ПРОГРАММИРОВАНИЕ”.

С целью расширения функциональных возможностей макета к выходу ГТИ подключен двоичный счетчик (на м/с 155ИЕ5), выходы которого выведены на панель макета. Он используется как источник входных сигналов при реализации микропрограммных алгоритмов работы автомата. Изменение содержимого счетчика происходит по заднему фронту положительного импульса.

Для записи информации, установленной на входах данных микросхем памяти по установленному адресу, под каждым элементом ПЗУ расположена кнопка записи. При нажатии кнопки на вход записи ОЗУ поступает импульс, по которому производится запись.

Генератор уровней, управляемый тумблером, используется в качестве источника внешних входных сигналов. Его выход "Уровень", расположенный рядом с тумблером, выдает сигнал логического "0" или "1".

Входы и выходы отдельных блоков выведены на коммутационную панель. Соединение блоков производится студентами при синтезе автомата. Состояние выходов комбинационной схемы, регистра переменных состояний и счетчика индицируется светодиодами, что позволяет визуально наблюдать за работой автомата.

Макет имеет 4 входа питания : +15, -15, +5, 0 V.