1.Синтез комбінаційних схем

Комбінаційною схемою називається схема з логічних елементів, яка формує вихідний сигнал в залежності від вхідного, ця залежність називається функцієй алгебри логіки (ФАЛ), ФАЛ може приймати рівні «1» або «0», як і вхідні сигнали.

Поняття функції алгебри логіки (ФАЛ) є базовим у алгебрі логіки — математичному апараті, який використовується для опису умов функціонування, а також при перетворенні структур дискретних автоматів.

Головні аксіоми алгебри логіки, а також тотожні співвідношення, отримані на їх основі, дозволяють перетворювати логічні формули, не порушуючи еквівалентності ФАЛ.

Бульова алгебра базується на кількох аксіомах, з яких одержують основні закони для перетворень ФАЛ. Кожна аксіома може бути представлена у двох формах, що пов'язано із принципом дуальності (двоїстості) логічних операцій, згідно з яким операції кон'юнкції (логічного множення) та диз'юнкції (логічного складання) дозволяють взаємну заміну, якщо одночасно замінити логічну 1 на 0, 0 на 1, знак "+" на "•" а "•" на "+".

Аксіоми операції заперечення :

а) 0=1;

б) Т = 0.

Аксіоми операцій кон'юнкції (а-в) та диз'юнкції (г-е):

а) 0 • 0 = 0;

б) 1 • 0 = 0 • 1 = 0;

в) 1 • 1 = 1

г) 1 + 1 = 1; д)0+1 = 1 + 0=1; е) 0 + 0 = 0.

Закони бульової алгебри пов'язані з аксіомами, а також мають дві форми виразів: для кон'юнкції та диз'юнкції. Тут вони приведені без доказу, їх вірність можна легко перевірити за таблицями істинності, або шляхом підстановки 0 та 1 замість відповідних значень змінних.

Существуют такие способы задания ФАЛ:

• словесный

• числовой

• табличный

• графический

• координатный

• аналитический

Функції алгебри логіки можуть бути описані у вигляді досконалої дизюктивної нормальної форми (ДДНФ) та досконалої конюктивної нормальної форми (ДКНФ).

ДДНФ – це диз’юнкція елементарних кон’юнкцій, в кожну з яких входять всі незалежні змінні з урахуванням значень змінних відповідних рядків таблиці істинності. Елементарні кон’юнкції беруться для тих рядків таблиці істинності, ФАЛ яких дорівнює одиниці.

ДКНФ – це кон’юнкція елементарних диз’юнкцій, в кожну з яких входять всі незалежні змінні, від яких залежить функція. Елементарну диз’юнкцію записують для всіх рядків таблиці істинності, на яких функція приймає значення нуль.

1.1 Синтез комбінаційних схем в різних базісах

Синтез комбинационных схем подразделяются на 4 этапа:

1. составление таблицы истинности для ФАЛ

2. составление математической формулы для ФАЛ, в виде совершенной дизъюнктивной нормальной формулы (СДНФ)

3. составление координатной карты, которую называют картой Карно.

4. составление функциональной схемы устройства из элементов, образующих выбранный базис.

Функція яку необхідно синтезувати задана числовим способом і мая вигляд

F = {1,2,4,9,10,15,18,21,25,29,30}Х₁Х₂Х₃Х₄Х₅;

Будуємо таблицю істинності.

Мінімізуємо функцію за допомогою карти Карно

Карта Карно являє собою двокоординатну таблицю, в якій кожній клітинці поставлені у відповідність набори значень змінних логічної функції. Набори, подані сусідніми клітинками, відрізняються значенням тільки однієї змінної. Сусідніми вважаються дві клітинки, які знаходяться поряд, та розташовані у одному стовпці або рядку. Нижня клітинка у будь-якому стовпці є сусідньою по відношенню до верхньої клітинки того ж стовпця, а права клітинка будь-якого рядка є сусідньою відносно лівої клітинки того ж рядка.

Правила утворення підкубів для отримання мінімального значення функції:

1. утворити двоклітинкові підкуби з наборів, які мають тільки одного сусіда;

2. із наборів що залишились, утворити підкуби максимального розміру (величини), які не перетинаються (якщо це можливо);

3. із наборів, що залишились, утворити підкуби максимального розміру (величини), які перетинаються;

4. із наборів, які не мають жодного сусіда, утворити одноклітинкові підкуби;

5. закінчити утворення підкубів, якщо всі набори задіяні.

Використовуючи таблицю істинності заповнимо карту Карно

Тепер визначаю внески підкубів в мінімальну ФАЛ, при цьому змінні, які змінюють своє значення на різних наборах, виключимо за правилом склеювання ( (х₁ + х₂)(х_І+х₂) =х₁, х₁*х₂+х₁*х₂ = х₁).

Для отримання мінімальної КНФ потрібно в підкуби об’єднати нульові набори ладанної ФАЛ.

Використовуючи теорему Деморгана приводимо МДНФ та МКНФ до вигляду для побудови їх у базисі Шеффера:

За умовою задачі синтезуємо цю функцію на мікросхемі 1533ЛЕ1. Для цього необхідно привести одержанні рівняння до вигляду:

64 елемента 16 корпусів.

69 елементів 17 корпуса

Візьмемо функцію яка реалізується за допомогою меншої кількості елементів:

Рисунок 1.1 Комбінаційна схема в базисі И-НЕ

1.2 Синтез комбінаційних схем на мультіплексорах

Мультіплексор – багато входовий логічний елемент з одним виходом, призначений для почергового включення однієї лінії передачі двійкової інформації до загального входу. Входи мультіплексора розділяють на інформаційні, керуючі та стробуючі.

Використовуючи закони алгебри логіки та аксіоми отримую ДДНФ логічної функції:

Спираючись на ці аксіоми отримуємо F_дднф :

Використовуючи отриманні функції будуємо таблицю істинності:

На керуючі входи мультіплексора подаємо: на А₀=Х₄, на А₁=Х₃. На інформаційні входи подаються сигнали отриманні шляхом зіставлення стовбців F та Х₅.

Рисунок 1.2 Комбінаційна схема на чотирьох мультіплексорах

Для реалізації на п’яти комутаторах К4–1 функції п’яти незалежних змінних необхідно на стробуючий вхід кожного комутатора подати “1”, всі комутатори будуть працювати одночасно; на адресні входи чотирьох комутаторів подати змінні Х4 і Х3, на адресні входи п’ятого мультиплексора – Х1 та Х2; сигнали на інформаційних входах перших чотирьох мультимлексорівтакі як і на попередній схемі. На інформаційні входи п’ятого комутатора подаємо вихідні значення перших чотирьох комутаторів. Значення функції знімається з виходу останнього мультиплексора.

Рисунок 1.3 Комбінаційна схема на п’яти комутаторах

2. Індикація

Для індикації інформації використаються такі комбінаційні схеми як

шифратори й дешифратори. Перетворювачі довільних кодів будуються

із шифраторів і дешифраторів, причому першим у схемі ставлять

дешифратор.

Дешифратор - це пристрій, що перетворить паралельний двійковий код на вході в унарний код на виході. Із всіх виходів дешифратора активний рівень є тільки на одному, номер якого відповідає поданому на вхід двійковому числу. Повний дешифратор має n входів і m виходів, які зв'язані співвідношенням m=2ⁿ .

Шифратор - це пристрій який перетворює унарний код на вході в паралельний двійковий код на виході. Шифратори бувають пріоритетними, тобто допускається одночасна подача на входи декількох сигналів високого рівня. При цьому вихідний код формується відповідно до вхідного сигналу в якого більше важливий пріоритет.

Семисегментний індикатор використовується для безпосереднього відображення інформації. В якості сегменту виступає світлодіод. Кожному символу що відображається привласнюється двійковий код. При подачі вхідної адреси видається необхідне повідомлення

Вихідний сигнал з демультиплексора подається на входи шифраторів. Для індикації однієї букви або цифри оптимально використати групу із трьох шифраторів 8х4

Нижче зображена таблиця у якій представлені які сегменти кожного індикатора повинні світитися при подачі певного вхідного коду.

0101			a	b	c	d	e	f	g
	П	I	1	1	1	0	1	1	0
	Р	II	1	1	0	0	1	1	1
	О	III	1	1	1	1	1	1	0
	Б	IV	1	0	1	1	1	1	1
	А	V	1	1	1	0	1	1	1
1010	Г	I	1	0	0	0	1	1	0
	Р	II	1	1	0	0	1	1	1
	О	III	1	1	1	1	1	1	0
	З	IV	1	1	1	1	0	0	1
	А	V	1	1	1	0	1	1	1
0000	2	I	1	1	0	1	1	0	1
	4	II	0	1	1	0	0	1	1
	6	III	1	0	1	1	1	1	1

Відповідно до таблиці будуємо схему індикації. Схема буде представлена на додатку А

3. Автомати з пам´ятю

Дискретні автомати з пам´ятю (на відміну від комбінаційних схем характеризуються тим, що стан їх виходів залежить як від сигналів, присутніх на їх входах в даний момент часу , так і від послідовності сигналів, що потрапили на входи автомату в попередні моменти часу.

АП бувають синхронні й асинхронні. Асинхронні АП - автомати, у яких зміна внутрішніх станів відбувається під дією зовнішніх подій, а в синхронних автоматів є генератор імпульсів, що задає дискретні проміжки часу. Функціонування автомату з пам’яттю складається з послідовній зміні внутрішніх станів (починаючи з початкового стану), під дією вхідних сигналів та внутрішніх станів. Зміна внутрішніх станів відбувається тільки в дискретні моменти часу, які задаються зовнішніми подіями або спеціальним генератором синхроімпульсів. В залежності від всього цього на виході формується сигнал Z. Способи завдання синхронних автоматів:

1. словесний опис

2. завдання синхронних автоматів за допомогою таблиць переходів виходів, що показує зміну внутрішніх станів автомата під дією вхідних сигналів і фірмований вихідний сигнал

3. завдання автоматів за допомогою графів. Граф - це логічна структура, що містить вершини у яких замикаються внутрішні стани автомата, і лінії зі стрілками з'єднуючі вершини, які показують напрямок зміни станів; біля стрілок у вигляді косою дробу записується в чисельнику - вхідний сигнал, що викликає перехід у новий стан, а в знаменнику - вихідний сигнал.

Типи АП:

• найпростіші автомати з двома станами - тригери;

• регістри зрушення;

• лічильники імпульсів;

• формувачі послідовності імпульсів;

• автомати зі складними алгоритмами функціонування.

Для реалізації автоматів з памьятью використовуються тригери.У данному випадку використовується RS тригер.

За варіантом мені потрібно використовувати RS тригери. Нище зображена таблиця RS тригера та його рівняння.

Процедура синтезу синхронних автоматів:

1. Дається словесний опис задачі, деталізує маючий в розпорядженні входи та необхідні виходи;

2. будуються граф перехід;

3. виробляється процес мінімізації числа стану;

4. розробляється логічні рівняння схеми;

5. Здійснюється реалізація схеми автоматів

3.1 Синтез чотирьохрозрядного регістра зсуву вліво.

Регістр застосовується як пристрій для запом’ятовування даних.

Визначаємо, що для реалізацій данної схеми необхідно 4 тригера. За завданням використовуємо -тригери. Потім будуємо функціональну таблицю (таблиця 1) та визначаємо які сигнали потрібно подавати на входи - тригерів для отримання вимагаємого результату.

Таблиця 3.1- Функціональна схема чотирьох розрядного регістру зсуву вліво.

Будуємо карти Карно та одержуємо функції для кожного тригера.

Будуємо регістр зсуву на загальній шині.

Рисунок 3.1 : Схема чотирьохрозрядного регістру зсуву вліво.

4. Структурна схема дискретного пристрою

Рисунок 4.1- Структурна схема дискретного пристрою

Де: ГСИ - генератор синхроімпульсів

АП1,АП2; – синхронні автомати з пам’ятю;

DC – дешифратор;

КС1, КС2, КС3 – комбінаційні схеми;

ИНД1, ИНД2, ИНД3 – індикація інформації

Зміст

Вступ 4

1. Синтез комбінаціцних схем 6

1.1 Синтез комбінаціцних схем в базисі 8

1.2Синтез комбінаційних схем на мультиплексорах 14

2. Індикація 18

3. Автомат з пам'яттю 20

3.1 Синтез чотирьох розрядного регістру зсуву вліво 22

3.2 Лічильник зворотнього рахунку по модулю 10 25

4. Структурна схема пристрою, що розробляється 28

5. Висновок 29

6. Література 30

Додаток А 31

Вступ Лазерне припасування резисторів від компанії aci Laser

Компанія ACI Laser розширила модельний ряд своїх установок, додавши до них систему лазерного припасування DPLMagic Trimmer, розробка якої проводилася на основі досвіду, й ноу-хау компанії в області лазерів для маркування. Установка оснащена камерою технічного зору, а також програмними засобами обробки зображень і інтерфейсами для контролю за видаленням матеріалу в реальному часі.

Модуль лазерного припасування складається з лазера, СТЗ і спеціалізованого ПО. Він дозволяє автоматизувати весь процес припасування. Розходження між лазерами для припасування й маркування полягають в адаптації процесу генерації випромінювання й розширеному електричному інтерфейсі. Процес припасування припиняється в реальному масштабі часу завдяки використанню вимірювального підсилювача. При цьому зберігаються дані про положення дзеркала лазера і його позиціюванні, так що процес припасування може бути легко продовжений, починаючи з місця останньої зупинки. До оптичного шляху підключається опціонна камера, що дозволяє відслідковувати процес припасування в напрямку проходження лазерного променя. Система технического зрения аналізує отримані зображення й, таким чином, ідентифікує й локалізує компоненти, які мають потребу в припасуванні. Вона також визначає місце розташування областей вилученого матеріалу й компенсує виміру місця розташування, викликані пайкою. Сполучення може відслідковуватися й документуватися. Також можливо проводити статистичну оцінку довжини області вилученого матеріалу й часу процесу.

Лазер для припасування має повністю повітряне охолодження й, таким чином, полягає в невеликий і компактний корпус. Система може використатися як на робочому місці, так і бути убудованої у виробничу лінію.

Лазер для припасування від компанії ACI Laser Gmb обробляє резистори аж до типорозміру 0402. Лазерний промінь видаляє резистивный шар без ушкодження керамічної основания компонента й, таким чином, збільшує опір. Компанія затверджує, що ряд відомих постачальників електронних виробів і датчиків впроваджують лазери для припасування, зроблені ACI Laser Gmb. Він убудовані в промислові установки для активного припасування резисторів типорозмірів 1206, 0805 і 0603, які працюють у повністю автоматизованому режимі.

На практиці використаються різні форми вирізів для припасування. Змієподібний виріз часто використається для більших областей, що видаляють, внаслідок чого ефективно заміняє собою механічне припасування. Підігнані лазером резистори не тільки менше по розмірах, чим виконані на базі подстроечных, але й демонструють бо?ьшую довгострокову надійність.

Лазерним припасуванням називається підстроювання SMT-резисторів для одержання нестандартних значень опорів (пасивне припасування) або з метою підстроювання параметрів електричної схеми (активне підстроювання). Активне підстроювання найчастіше використається для регулювання вольтамперных характеристик електронних датчиків, для настроювання найбільшої відстані, вимірюваного датчиком наближення або для лінеаризації характеристик вимірювальних підсилювачів.

Інформація із сайту www.global-electronics.net.

3.2 Двійковий лічильник зворотнього рахунку за модулем М=10

Лічильником імпульсів називають апарат з пам'яттю, призначений для підрахунку кількості імпульсів і перетворення їх в паралельний двійковий код.

Робота лічильника полягає в наступному. За допомогою вхідного сигналу в лічильник записуються числа, рівні кількості що поступили на вхід активних сигналів. Кожному числу відповідає певний внутрішній стан лічильника. Між числами і станами існує взаємна відповідність. Робота лічильника полягає в послідовному переході з одного стану в інший під впливом вхідного сигналу.

Лічильник має певну, кінцеву кількість внутрішніх станів. Після приходу останнього активного сигналу лічильник переходить в початковий стан і починається новий цикл його роботи. Число станів лічильника називають модулем.

Складаємо функціональну таблицю автомата:

Будуємо карту Карно, і отримуємо функцію для кожного входу кожного тригеру.

Будуємо лічильник зворотнього рахунку на загальній шині.

Рисунок 3.2 Двійковий лічильник зворотного рахунку за модулем М=10

Висновок

В процесі виконання курсового проекту був розроблений і виконаний синтез схеми дискретного пристрою. Це було створено за допомогою двох автоматів з пам’ятью та схеми індикації повідомлень.

На протязі виконання цього проекту я зрозумів що сама по собі електроніка є дуже важливим предметом у професії яку я намагаюсь здобути. Тому що майбутнє нашого життя - це цифрові технології, без яких неможливо рухатися вперед. У майбутньому всі системи на залізничному транспорті, які відповідають за безпеку руху поїздів, будуть працювати за допомогою цифрових пристроїв, а це насамперед системи автоматики телемеханіки та зв’язку.

Список використаної літератури.

1.Конспект лекцій

2.Методичні вказівки по ТДУ. Розділ: функції алгебри логіки /Сост. Г.И. Загарій, Л.В. Бушевська. 4.1 -Харків: ХИИТ, 1987 - 28 с.

3.Методичні вказівки по ТОАТ. Розділ: ТДУ. Мінімізація функцій алгебри логіки. /Сост. Г. И. Загарій, Л. В. Бушевська. 4.2 -Харків: ХИИТ, 1992- 20с.

4.www.global-electronics.net.