Министерство образования и науки Республики Беларусь
Белорусский государственный университет транспорта
Кафедра “Автоматика и телемеханика”
Разработка дискретного
устройства и абстрактного конечного автомата
Выполнил : Принял:
студент группы ЭС-21 ассистент:
Оглавление:
Задание............................................................................................….. 1
Оглавление .....................................................................…...............… 2
Введение ..........................................................................................…. 3
1. Разработка дискретного устройства ........................................ 5
1.1 Структурная схема дискретного устройства ........................... 5
1.2 Разработка генератора импульсов ........................................... 6
1.3 Разработка счётчика ...............................................................… 7
1.4 Построение мультиплексора ……............................................ 12
1.5 Разработка сумматора по модулю два..................................... 15
1.6 Разработка делителя частоты.................................................... 17
1.7 Выбор элементной базы дискретного устройства………...… 18
1.8 Описание работы дискретного устройства………..………… 19
2. Синтез абстрактного конечного автомата............................... 20
2.1 Кодирование состояний автомата............................................ 20
2.2 Синтез абстрактного автомата графическим методом.......... 21
2.3 Выбор элементной базы дискретного устройства …………. 24
Заключение ..................................................…..................................... 25
Список используемой литературы .................................................... 26
Приложение А. Схема электрическая принципиальная дискретного устройства ....................................... 27
Приложение Б. Спецификация к схеме дискретного устройства.. 28
Приложение В. Схема электрическая принципиальная, абстрактного автомата………….........…............... 29
Приложение Г. Спецификация к схеме абстрактного автомата.... 30
В данном курсовом проекте разрабатываются дискретное устройство и абстрактный автомат. Цифровыми (дискретными) называют такие устройства, на входе и выходе которых действуют сигналы, принимающие дискретные значения, например 0 или 1. У цифровых устройств по сравнению с аналоговыми есть много преимуществ: надежность, высокая стабильность параметров, высокое быстродействие.
На современном этапе развития научно-технического прогресса повсеместно, во всех отраслях промышленности идет автоматизация производства. Автоматизация производственных процессов имеет огромное значение для народного хозяйства. Автоматы, или электрические и электронные устройства, построенные на разнообразнейших реле и дискретных электронных элементах, берут на себя самую тяжелую и рутинную работу, которую раньше выполнял человек. Автомат имеет огромные преимущества перед человеком. Он никогда не устанет, он никогда не упустит даже самых мельчайших деталей. Автомат всегда выполняет строго заранее определенные действия, и не отходит от них ни на шаг. Исключение составляют лишь редкие случаи – ошибки в программе работы какого-либо устройства или воздействия на него внешних помех. Поэтому все большее внимание уделяется методам разработки безопасных, и надежных устройств.
Огромное количество электронных дискретных устройств применяются сейчас на железных дорогах всего мира. Не составляет исключения и наша республика. Без современных автоматизированных систем управления невозможно существование железной дороги такой, как мы видим ее сейчас. Устройства автоматизации повышают безопасность проезда поездов, увеличивают пропускную способность железных дорог, увеличивают надежность железной дороги в целом. Поэтому особенно важно развивать эту отрасль.
Дискретные устройства, не учитывая остальные параметры, разделяются на 2 группы: программируемые и с жесткой логикой. Каждая группа имеет свои преимущества. Устройства с жесткой логикой намного превосходят программируемые устройства по быстродействию, однако, если будет необходимо поменять алгоритм работы устройства, устройство с жесткой логикой нужно будет создавать заново, тогда как в программируемом устройстве необходимо лишь заменить микросхему, в которой записана программа или алгоритм работы устройства.
В данном курсовом проекте будет рассмотрен синтез дискретного устройства и абстрактного автомата с исключением безопасных отказов.
Таким образом, для того, чтобы уметь находить неисправности инженеру необходимо знать не только принципы работы дискретных устройств, но также и принципы построения таких устройств в имеющемся элементном базисе.
1.2 Генератор импульсов
В качестве генератора используем схему из четырех элементов “НЕ”, резистора и конденсатора [1].
 |
Используя формулу f=1/(3*R*C) определим номиналы конденсатора и резистора. Возьмем низковольтный керамический конденсатор номиналом 7.5 нФ. Тогда при f=105 Гц получим:
R=1/(3*f*C)=1/(3*105*7.5*10-9)=444.44 Ом
Для получения точного значения сопротивления используем подстроечный резистор СП2-2А номиналом 430 Ом.
Временная диаграмма для генератора будет представлять собой простую последовательность прямоугольных импульсов.
 |
1.3 Разработка счётчика
Счетчик - цифровое устройство, которое осуществляет счет числа появлений сигналов определенного уровня на входе [3].
Нам требуется создать двоичный суммирующий счетчик на JK-триггерах с коэффициентом счета равным 13.
Нам понадобиться четыре триггера, т.к. 24=16, и для кодировки состояний их хватит. Минимизацию будем производить по методу карт Карно, но для состояния K4 методом Мак - Класски.
Разработаем счетчик с параллельным тактирующим входом.
Для разработки данного счетчика составим таблицу состояний (таблица 2). Данная таблица имеет следующий вид: в столбце «i» записан номер состояния выходов, во втором столбце «текущее состояние» записаны состояния выходов счетчика до подачи на вход тактового импульса, в третьем столбце «последующее состояние» записаны состояния выходов счетчика после подачи на его вход тактирующего импульса, в четвертом столбце «сигналы на информационных входах триггеров» записаны состояния которые должны быть на JK- входах триггеров, чтобы с приходом тактирующего импульса триггеры переключились в следующее состояние.
Составим таблицу переходов для JK-триггера (Таблица 1).
Реализуем данный алгоритм работы счетчика в базисе ИЛИ-НЕ.
Для минимизации функций информационных воздействий на входы триггеров воспользуемся картами Карно, которые приведены на рисунке 4.
Принципиальная схема счетчика приведена на рисунке 5
Временная диаграмма счётчика приведена на рисунке 6.
Таблица 1 - Таблица переходов JK-триггера.
|
Переход |
J |
K |
|
0 ® 0 |
0 |
~ |
|
0 ® 1 |
1 |
~ |
|
1 ® 0 |
~ |
1 |
|
1 ® 1 |
~ |
0 |
Таблица 2 Таблица состояний счетчика.
|
i |
Предыдущее состояние |
Последующие состояния |
Сигналы на информационных входах JK триггеров. |
|||||||||||||
|
№ |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Q4n |
Q3n |
Q2n |
Q1n |
J4 |
K4 |
J3 |
K3 |
J2 |
K2 |
J1 |
K1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
~ |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
~ |
~ |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
~ |
0 |
0 |
~ |
0 |
~ |
1 |
~ |
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
~ |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
~ |
1 |
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
~ |
0 |
0 |
~ |
~ |
0 |
1 |
~ |
|
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
~ |
0 |
1 |
~ |
~ |
1 |
~ |
1 |
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
~ |
1 |
~ |
1 |
0 |
~ |
0 |
~ |
|
13 |
0 |
0 |
0 |
0 |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
~ |
Минимизируем K4 методом Мак – Класски.
Далее запишем КНФ по таблице истинности. Заменяя ~ на 1.
Далее будем производить минимизацию путем склеивания элементов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.