розділ2

Розділ 2. «Елементи автоматики»

Для установки тригера в стан 0 або 1 без використовування синхроімпульсів в схему введені додаткові входи R і S установки, що не синхронізується.

Т-тріггер – це тригер з рахунковим входом (однорозрядний лічильник). Він може бути побудований з використанням двотактного RS-тригера, що синхронізується. (рис. 2.5.14,а).

Рисунок 2.5.14

в)

В цій схемі надходження сигналу Т=1 з входу С приводить до запису у двотактний RS-трігер стану, протилежного попередньому. Сигнал на виході тригера зміниться тільки після завершення дії сигналу Т=1, що включає виникнення генерації в схемі із зворотним зв'язком. Можна вважати, що в даній схемі одиничний вихідний сигнал представляється спадом сигналу Т=1, оскільки при будь-якій тривалості сигналу Т=1 зміна стану Т-тригера відбувається тільки при знятті сигналу Т=1.

На рисунку 2.5.14,б представлена схема двухтаткного Т-триггера, що синхронізується, а на рисунку 2.5.14,в – його умовне позначення. Тут одиничний вхідний сигнал Т представляється високою напругою при С = 1. Запис інформації в тригер відбувається при С = 1, причому зміна стану, як завжди в двотактних тригерах, має місце після закінчення дії імпульсу синхронізації С =1. При Т = 1 стан тригера змінюється на протилежне, а при Т = 0 – не зміняється.

D-тригер відповідає RS-тригеру, що працює тільки в режимах установки, тобто або з комбінацією сигналів R = 1 і S = 0, або з комбінацією сигналів R = 0 і S = 1. Для організації зберігання інформації використовується вхід С (режим зберігання С = 0).

D-тригери можуть бути однотактними або двотактними. Схема однотактного D-триггера, що синхронізується, показана на рисунку 2.5.15,а, його умовне позначення приведено на рисунку 2.5.15,б.

Дисципліна «Автоматика»

Рисунок 2.5.15

JК- тригер найпоширеніший тип тригерів в системах інтегральних логічних елементів. Схема універсального JК- тригера приведена на рисунку 2.5.16,а, умовне позначення приведено на рисунку 2.5.16,б.

У даного тригера є входи установки R і S, що не синхронізується, за допомогою яких при С = 0 тригер може бути встановлено у стан 1 шляхом подачі сигналів R = 1 і S = 0 або у стан 0 шляхом подачі сигналів R = 0 і S = 1.

При R = S = 1 робота тригера здійснюється під впливом входів, що синхронізуються (С = 1). В цьому випадку функціонування тригера може бути описано таблицею переходів (таблиця 2.5.4)

Таблиця 2.5.4

Розділ 2. «Елементи автоматики»

2.5.4 ТИПОВІ ЦИФРОВІ ВУЗЛИ ЕОМ.

1.Регістри

2.Формувачі – розподільники

3.Дешифратори

4.Лічильники

1.Регістр – елемент пам'яті, що складається з логічних елементів тригерів, що володіє властивістю приймати, зберігати і за командою видавати числові коди. Регістри використовуються в цифрових ЕОМ у великій кількості для нетривалого зберігання інформації, які підлягають оперативній обробці. Вони підрозділяються на регістри паралельної дії (накопичувальні) і регістри послідовної дії (що здвигають). Перші дозволяють тільки приймати, запам'ятовувати і видавати цифрову інформацію, а другі окрім цього – здійснювати зсув чисел вліво (вправо), що рівносильно зміні порядку їх величини.

На рисунку 2.5.17 показана схема регістра, що здвигає, побудованого на D-тригерах.

Рисунок 2.5.17.

У зсуваючих регістрах відбувається переміщення всіх цифр слова в напрямі від старших розрядів до молодших (зсув вправо) або від молодших розрядів до старших (зсув вліво). Здвиг числа на n розрядів здійснюється за n тактів n мікрооперацій зсуву. Мікрооперація зсуву – зсув числа на один розряд вправо або вліво відносно прийнятої сітки. Зсовуючи регістри використовують для зсуву коду і для перетворення паралельного коду, який приймається регістром, в послідовний.

Установка регістра у стан 0 виконується подачею логічної одиниці на вхід R. При приході тактового імпульсу на вхід С перший тригер записує біт, який знаходиться на вході D, а кожний подальший тригер перемикається у стан, в якому знаходився попередній. Оскільки записаний сигнал проходить з входу D

Дисципліна «Автоматика»

тригерів до виходу У з витримкою часу, необхідна велика тривалість фронту тактового імпульсу, під час якого проводиться запис.

На рисунку 2.5.18 показана типова схема накопичувального регістра для чотирьохрозрядного двоїчного числа.

Регістр складається з чотирьох тригерів з прямими входами і восьми елементів І: І1, І3, І5, І7 встановлені на прямих входах, а І2, І4, І6 і І8 – на прямих виходах тригерів. Входи тригерів R з´єднані з шиною установки у початковий стан (шина «Уст.0»). На перші входи елементів І1, І3, І5, І7 поступають коди чисел підлягаючих запису, а їх другі входи підключені до шини генератора імпульсів запису. Прочитування інформації проводиться з виходів У1, У2, У3 і У4 елементів І2, І4, І6, І8 за наявності імпульсів читання Uзчит

Ген. імпульсу запису (ТІ)

Уст "0"

Рисунок 2.5.18

Перед записом по шині Уст.«0» на входи R подають імпульс скидання. При цьому всі тригери встановлюються у початкове положення: на прямих виходах встановлюються логічні «0», а на інверсних – логічні «1».

Тепер потрібно, наприклад, записати число в двоїчному коді 1011. Синхронно (одночасно) на перші входи І1, І3, І5, І7 поступають відповідно 1,0,1,1, а на другі входи імпульси генератора запису. На прямі входи тригерів Т1, Т2, Т3 і Т4 поступлять відповідно 1, 0, 1, 1. При цьому тригери Т1, Т3, Т4 спрацюють і на їх прямих виходах з'являться «1», а Т2 залишиться в початковому стані, оскільки через І3 сигнал не пройде. Код записаний.

Для читання на другі входи І2, І4, І6, І8 подаються імпульси читання з шини Uсчит. Елементи І2, І6, І8 відкриються і на їх виходах з'явиться «1», а елемент І4 залишиться у закритому стані.

Таким чином, на виходах У1, У2, У3, У4 з'являться 1, 0, 1 і 1 відповідно, що співпадає із записаним кодом, який при цьому не руйнується, а зберігається скільки завгодно. Збільшуючи число осередків (один тригер і два елементи І) можна побудувати регістр для числа любої розрядності.

Розділ 2. «Елементи автоматики»

2. До групи логічних цифрових вузлів відноситься формувачрозподільник, який імпульси, що поступають на вхід розподільника, з тактовою частотою fт по черзі розподіляє по своїх виходах. При цьому сигнал на (i + 1) виході з'являється при зникненні сигналу на i-виході, а знімається сигнал на виході (i +1) тактовим імпульсом Хс.

Схема вузла з таким алгоритмом роботи, виконана на D-триггерах з динамічним входом для розподільника з трьома виходами, показана на рисунку 2.5.19,а. На рисунку 2.5.19,б приведена тимчасова діаграма його роботи.

D – скорочення англійського слова delay – затримка, звідси і назва – D- тригер.

б)

Рисунок 2.5.19

У початковому стані заздалегідь записується одиничний сигнал і на виході першого тригера У1 =1. При появі першого тактового імпульсу одиничний сигнал зникає з виходу тригера Т1 і з'являється на виході тригера Т2 (У2 =1). При наступному тактовому імпульсі У2 = 0 і У3 = 1. Після третього тактового імпульсу за рахунок зворотного зв'язку цикл повторюється.

При цьому частота циклу f4 = fт/3.

В загальному випадку f = fт/n, де n – число осередків тригерів. Тактові синхроімпульси формуються високо стабільними генераторами імпульсів.

3. Важливим логічним цифровим вузлом є дешифратор, який перетворить сигнал на «n» входах, який є числом у двоїчному коді, в одиничний сигнал на одному з виходів.

У загальному випадку дешифратор, що має «n» входів, має 2n виходів, оскільки n – розрядний код вхідного числа може приймати 2n різних значень і кожному з цих значень повинен відповідати сигнал на одному з виходів дешифратора.

Дисципліна «Автоматика»

Дешифратори часто застосовують у пристроях управління, коли необхідно код операції перетворити в управляючий сигнал. Як приклад розглянемо роботу діодного дешифратора на 4 виходи (рисунок 2.5.10).

Рисунок 2.5.10

Основними елементами схеми є дворозрядний тригерний регістр і діодна матриця. Якщо діод підключений до виходу тригера, де є низький потенціал, відповідний логічному нулю, то діод відкривається. Опори резисторів R1÷R4 значно більше опору відкритого діода. Тоді потенціал вихідної шини, до якої підключений хоча б один відкритий діод, буде низьким, оскільки практично вся напруга від джерела +Е падатиме на одному з резисторів R1÷R4.

Розглянемо процес дешифрации чисел, записаних у двоїчному коді. Заздалегідь регістр встановлюється у початковий стан імпульсом скидання. Якщо на вході Х1 = 0 і Х2 = 0 (число 0), то обидва тригери на прямих виходах матимуть низькі потенціали, а на інверсних – високі. Діоди Д1, Д2, Д5, Д6 буде відкритими, а діоди Д3, Д4, Д7, Д8 – закритими. Високий потенціал буде на вихідній шині Р1.

Якщо на вході Х1 = 1, а Х2 = 0 (число «1»), то на прямому виході Т1 буде високий потенціал, а на прямому виході Т2 – низький. На інверсних виходах потенціали протилежні. Тоді відкриваються діоди Д1, Д2, Д7, Д8, а діоди Д3, Д4, Д5, Д6 будуть закритими. Високий потенціал буде на шині Р2.

Тепер Х1 = 0, а Х2 = 1 (число 2). Тоді високі потенціали будуть на прямому виході Т2 і на інверсному Т1. Діоди Д1, Д2, Д7, Д8 будуть закритими, а діоди Д3, Д4, Д5, Д6 відкритими. Високий потенціал буде на шині Р3.

Розділ 2. «Елементи автоматики»

Якщо Х1 = 1 і Х2 = 1, що відповідає числу 3, то обидва тригери знаходитимуться в одиничному положенні і на їх прямих виходах будуть високі потенціали. Таким чином, діоди Д1, Д2, Д5 і Д6 замкнуті, а інші відкриті. Високий потенціал виникає на шині Р4.

4. Лічильником називають пристрій, призначений для підрахунку числа вхідних сигналів. На рисунку 2.5.11 приведена спрощена схема 4-х розрядного двоїчного лічильника і тимчасова діаграма його роботи

Лічильник складається з 4-х тригерів. Прямий вихід тригера через диференцюючий ланцюг (ДЦ) підключений до рахункового входу подальшого. Застосовані тригери переводяться з одного стану в інший імпульсами тільки негативної полярності. Записане у лічильнику число знімається з прямих виходів тригерів в паралельному коді. Початковий стан тригерів нульовий, в яке вони приводяться імпульсом скидання. При подачі на вхід лічильника першого імпульсу рахунку тригер Т1 переходить в стан «1» і на його прямому виході виходить позитивний перепад напруги. Позитивний імпульс на виході ДЦ не переводить Т2 в одиничний стан. Другий імпульс рахунку на вході Т1 переводить тригер в стан 0 і на виході диференцюючого ланцюга формується негативний імпульс, який переводить тригер Т2 у стан 1. Таким чином, негативний імпульс перенесення в осередок старшого розряду двоїчного лічильника з'являється тоді, коли тригер осередку молодшого розряду переходить із стану 1 у стан 0. Це відповідає правилу складання двійкових чисел 1 + 1, дає нуль в даному розряді і одиниця переноситься у старший розряд.

Слід зазначити, що такі лічильники можуть бути використані і як дільники частоти з коефіцієнтом перенесення 2n, де n – число розрядів. За аналогічною схемою будуються віднімаючі лічильники. У відмінності від тих, що підсумовують, імпульс перенесення в старший розряд формується під час переходу молодшого розряду із стану 0 у стан 1.

Розділ 2. «Елементи автоматики»

2.6 ВИКОНАВЧІ МЕХАНІЗМИ

2.6.1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВИКОНАВЧІ МЕХАНІЗМИ. ЕЛЕКТРИЧНІ ВИКОНАВЧІ МЕХАНІЧНІ МЕХАНІЗМИ.

1 Призначення і класифікація виконавчих механізмів (ВМ).

2Основні вимоги і характеристики ВМ.

3Загальні відомості про електричні ВМ.

4Електромагнітні ВМ. А) Електромагніти.

Б) Електромагнітні муфти.

5Електрорухові ВМ.

1Виконавчий пристрій є проміжним перетворювачем, що складається

здвох самостійних вузлів: виконавчого механізму (ВМ) і регулюючого (керуючого) органу.

Виконавчі механізми призначені для дії через регулюючий орган або безпосередньо на об'єкт керування. У виконавчий механізм входять двигун і передавальний пристрій.

Регулюючим органом називається пристрій, який змінює витрати енергії або речовини і безпосередньо впливає на регульовану величину об'єкта регулювання.

Виконавчі механізми вживані в системах автоматики дуже різноманітні.

Класифікація ВМ.

IЗа принципом дії.

1.Електричні ВМ

2.Механічні ВМ.

3.Гідравлічні ВМ

4.Пневматичні ВМ.

II За конструкцією

1.Електронні

2.Електродвигунні

3.Електромагнітні

4.Поршневі

5.Мембранні

6.Лопастні

7.Комбіновані

III Залежно від управляючої дії

1.Силові – якщо ВМ створюють керуючу дію на регулюючий орган у вигляді сили і моменту.

2.Параметричні – якщо зміна стану регулюючого органу пов'язана із зміною його параметрів (опору, магнітного потоку, температури, швидкості обертання і т.п.) або параметрів енергії, що підводиться (напруги, струму, частоти, тиску робочого середовища і т.п.)