книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие

тенциала или импульса на первой выходной шине дешифратора может означать, что должна выполняться операция "сложение',' на второй - "вычитание" и т .д . Высокий потенциал или им­ пульс, появившийся на соответствующей шине дешифратора, подготовляет цепи блока ЦУОп для выполнения данной опера­ ции. После исполнения команды из блока ЦУ подается сигнал на счетчик адреса команд, изменяющий на единицу адрес ко­ манды. По этому адресу выбирается для исполнения очередная команда.

Блок центрального управления операциями /ЦУОп/ осуще­ ствляет связь между блоком ЦУ и всеми устройствами машины.

меняется специальный генератор импульсов или же использует­ ся одна из дорожек магнитного барабана, на которых нанесе­ ны метки формирования синхронизирующих и рабочих сигналов.

Устройство управления однопрограммной машины

В системах управления часто используются весьма узко специализированные машины, которые предназначаются для мно­ гократного решения одной и той же задачи при различных на­ чальных условиях. В такой однопрограммной цифровой машине задача решается в одной и той же последовательности с ис­ пользованием в определенном порядке всех блоков'и устройств машины. Программа работы такой машины является "жесткой?, т .е . постоянной для всех циклов решения задачи. Заметим, что под циклом понимается выполнение всех операций, необ­ ходимых для решения задачи по фиксированным исходным дан­ ным, и выдача результата решения на выходной преобразова-

200

тель машины. Таким образом, "жесткая" программа может быть реализована в виде устройства управления,

'Простейшим примером такого устройства может служить линия задержки с несколькими выходами. Импульс, поступив­ ший на ее вход, появляется на выходах линии в определенные моменты времени, управляя другими узлами и блоками. Схему и принцип работы устройства "жесткой" программы рассмотрим на следующем примере. Пусть требуется периодически получать сумму чисел

2 = Зое + 4 с/. .

Такая задача может быть решена при помощи устройства, блок-схема которого представлена на рис.126. Это устройст­ во включает триггерные регистры для хранения кодов чисел ос и ^ , накапливающий сумматор и группу управляемых вен­ тилей. Программу работы устройства по определению значения

определенные моменты времени в управляющие цепи 1 -7 . Цепи

201

импульсы с частотой ^ = 200 кгц и в цепи сброса остальных триггеров - импульсы с частотой ^ = 50 кгц. На схеме, по­ мимо обозначения выходов линии задержки, в скобках даны номера цепей устройства управления, к которым подключают­ ся соответствующие выходы линии задержки. Устройства "жест­ кой" программы в виде линии задержки можно построить не только на триггерных схемах, но и на феррит-транзисторных ячейках.

Если для решения задачи необходимо вырабатывать боль­

даже с использованием тактовых импульсов различных частот, оказывается очень громоздким. Для сокращения состава ап­ паратуры в устройствах "жесткой" программы можно применять ферритовые числовые линейки, составляющие магнитную мат­ рицу.

203

Г Л А В А У1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПРЕОБРАЗОВАНИИ НЕПРЕРЫВНЫХ ВЕЛИЧИН В ЧИСЛОВЫЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ

§ 26. Типы преобразователей "аналог-код"

Все многообразие существующих разновидностей преоб­ разователей как электрических величин /напряжения, тока/, так и преобразователей механического перемещения сводит­ ся к сравнительно небольшому количеству типов, составляю­ щих три основные группы: преобразователи последовательно­ го счета, преобразователи считывания и преобразователи по­ разрядного кодирования. Указанное подразделение базирует­ ся на трех основных методах получения числового эквивален­ та /цифрового кода/. Эти три метода удобно рассмотреть на примере измерения неизвестного объема жидкости. Принципи­

объема /например, I см3/ жидкость последовательно перели­ вается в другой сосуд. Количество операций учитывается счетчиком. Когда в неизвестном объеме останется жидкости менее чем I см3, измерение заканчивается и результат мо­ жет быть отсчитан по шкале счетчика. Такой процесс выпол­ нения измерения может быть назван методом подсчета числа единичных приращений аналоговой величины, или методом по­ следовательного счета.

в нем, и ее объемом. Тогда с помощью рейки, имеющей дво­ ичную шкалу, может быть сразу отсчитано числовое значение

204

зультате получится числовое значение неизвестного объема, выраженное двоичным цифровым кодом. В соответствии с вы­ полняемыми операциями, когда устанавливается разряд за разрядом, рассмотренный метод может быть назван поразряд­ ным кодированием.

Па рис.128 представлена схема классификации преобра­ зователей. Дадим краткие характеристики преобразователей каждого типа.

I . Преобразователи последовательного счета

Преобразователи этого типа подразделяются на преобра­ зователи накопительные и циклические.

Накопительный преобразователь накапливает импульс за импульсом, который выдается всякий раз, когда преобразуе­ мая величина изменяется на некоторое, достаточно малое зна­ чение, которое, как мы узнаем дальше, называется разрешаю­ щей способностью. Если эти импульсы накапливать с учетом знака, то число, зафиксированное в счетчике, будет одно­ значно характеризовать значение преобразуемой величины.

205

Ко второй группе преобразователей последовательного счета относятся преобразователи, работа которых характери­ зуется тел, что после получения числового эквивалента пре­ образуемой величины для данного момента времени процесс преобразования начинается заново. В результате нового цик­ ла будет получен числовой эквивалент, соответствующий зна­

этих преобразователей характерно высокое быстродействие, высокая помехозащищенность и однозначность фиксации нуле­ вого положения. Цикличность работы обусловливает повышен­ ную помехозащищенность. Это означает, что если под влия­ нием кратковременной помехи исказится результат преобра­ зования, то уже в следущем цикле ошибка будет скорректи­ рована.

2 . Преобразователи считывания

Работа этих преобразователей основана на том, что имеется соответствующим образом выполненный набор всех возможных числовых эквивалентов заданной аналоговой вели­ чины. В зависимости от значения преобразуемой величины происходит выборка /считывание/ определенного числового эквивалента. Преобразователи считывания, как это видно на рис.128, подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельных преобразователях считывание значений всех разрядов может быть произведено одновременно за один такт. В последовательных преобразователях считывание происходит за несколько тактов. При этом в каждый такт считывается значение лишь одного разряда. Поэтому время считывания в таких преобразователях пропорционально количеству разря­ дов цифрового кода.

206

Независимо от конструкции рассматриваемых преобразо­ вателей всем им присуще наличие специальных элементов, не­ посредственно "считывающих" число с заданной системы. Та­ кие элементы обычно носят название "чувствительные элемен­ ты преобразователя". Чувствительными элементами могут быть фотоэлементы, щетки, магнитные головки и т .д . В преобразо­ вателях считывания, предназначенных для преобразования пе­ ремещений, число чувствительных элементов обычно бывает не меньше количества разрядов числового эквивалента. Этим преобразователям свойственны однозначность фиксации нуле­ вого положения и высокая помехозащищенность.

3. Преобразователи поразрядного кодирования

Работа преобразователей поразрядного кодирования ос­ новала на определении разрядных коэффициентов. Как извест­ но, любое п - разрядное число N может быть представлено в виде суммы

разрядных коэффициентов. Применительно к преобразователям определение значений разрядных коэффициентов производится путем сравнения преобразуемой величины с рядом заранее из­ вестных "эталонных" величин.

Работа преобразователей поразрядного кодирования про­ исходит циклически, что обусловливает их повышенную поме­ хозащищенность. Наиболее простая схема преобразователя рас­ сматриваемого типа получается в том случае, когда к нему предъявляется требование преобразования непрерывной вели­ чины в числовой эквивалент, представленный в двоичной си­

207

стеме счисления. В этом случае число вырабатывается за 2 п тактов, а количество эталонных величин в многоэталон­ ных преобразователях равно п „

В отличие от многоэталонных преобразователей пораз­ рядного кодирования для одноэталонных преобразователей тре буется лишь одно эталонное напряжение. Процесс выработки числового эквивалента в таких преобразователях происходит следующим образом. Пусть необходимо преобразовать изменяю­ щееся во времени напряжение, числовой эквивалент максималь ного значения которого является п - разрядным двоичным числом. Тогда старший разряд определяется при вычитании эталонного напряжения из удвоенного преобразуемого напря­ жения. При этом числовой эквивалент эталонного напряжения соответствует п - разрядному двоичному числу, значения всех разрядов которого равны единицам. Если полученная раз ность положительна, то это значит, что в старшем разряде - единица, если отрицательна, - ноль.

Для определения значения второго разряда полученная разность удваивается. При этом, если разность была положи­ тельной, из ее удвоенного значения вычитается эталонное напряжение, при отрицательной разности из эталонного на­ пряжения вычитается удвоенное абсолютное значение разно­

ся и значения последующих разрядов числового эквивалента. К преимуществам одноэталонных преобразователей отно­ сятся простота схемы и небольшой объем оборудования. Од­ нако ввиду необходимости в многократном удвоении и вычита­ нии напряжений точность таких преобразователей ограничена

шестью-семью двоичными разрядами.

208