Тема 2.2 Дискретные системы автоматического управления
Содержание программы
Принципы действия дискретной САУ. Основных положения алгебры логики: двоичные функции, определение и классификация дискретных автоматов, основные законы и соотношения для функционально полной системы. Построение логических элементов в потенциальной системе: резистивно-транзисторная логика, транзисторная логика, диодно- транзисторная логика, транзисторно- транзисторная логика, логические интегральные микросхемы.
Методические указания
В системах автоматического управления САУ широко применяют логические элементы (ЛЭ). Они вырабатывают сигнал на выходе в зависимости от определенных сочетаний сигналов на входе и реализуют логические функции, которые, как и их аргументы, имеют значения 0 или 1. Символом «О» обозначают минимальный уровень (сигнала нет), а «1» - максимальный уровень (сигнал есть). Следует рассмотреть структурные схемы замкнутой и разомкнутой дискретных САУ.
Построение дискретных САУ с использованием ЛЭ осуществляют с помощью различных методов, в основе которых лежит алгебра логики. Область алгебры логики состоит из множества высказываний (обозначаются А, В, С, ...., X,Y)
Высказывание - это законченное предложение, которое может иметь два значения истинности: либо быть истинным (А - истинно: А=1) либо быть ложным (С - ложно: С=0)
Высказывания могут быть простыми и сложными: первые не зависят от других высказываний, а вторые образуются из двух или более простых высказываний. Простые высказывания называют логическими переменными, а сложные - логическими функциями этих переменных (функциями алгебры логики – ФАЛ или переключательными функциями - ПФ).
При рассмотрении логических функций («И», «ИЛИ», «НЕ», неравнозначность, равнозначность, «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ») необходимо уделить внимание условным графическим обозначениям (УГО) соответствующих ЛЭ и таблицам истинности.
При упрощении – минимизации логических функций используют основные законы алгебры логики: переместительный, сочетательный, распределительный и закон инверсии, а также основные правила: поглощение; склеивание; повторение; двоичное отрицание, выражения, имеющие всегда значение «I» и значение «О».
ПФ могут быть выражены различными логическими формулами благодаря возможности проведения над ними эквивалентных преобразований. На практике наиболее удобными для представления ПФ оказываются дизъюнктивные (ДНФ) и конъюктивные (КНФ) формы. Дискретные автоматы бывают комбинированного и последовательного типа.
Под синтезом дискретных автоматов понимают проектирование схемы, реализующей заданный закон ее функционирования. Следует рассмотреть последовательность этапов синтеза.
При создании дискретных САУ, вычислительной техники широко используют полупроводниковые ЛЭ, среди которых часто используются, транзисторные, диодно-транзисторные, транзисторно-транзисторные ЛЭ. В настоящее время ЛЭ выпускаются в виде интегральных микросхем.
Контрольные вопросы
1 Объясните структурные схемы замкнутой и разомкнутой дискретных САУ.
2 Дайте определение следующим понятиям: высказывание, логические переменные, переключательные функции, синтез.
3 Изобразите УГО основных ЛЭ и их таблицы истинности.
4 Перечислите основные законы и правила алгебры логики.
5 Дайте понятия дизъюнктивным формам: ДНФ и СДНФ.
6 Дайте понятия конъюктивнымформам: КНФ и СКНФ.
7 Дайте определение комбинационным и последовательностным схемам.
8 Перечислите последовательность этапов синтеза.
9 Объясните электрические принципиальные схемы ЛЭ в различных, логиках.
Раздел 3 Микропроцессорная техника
Тема 3.1 Арифметические и логические основы ЭВМ
Содержание программы
Позиционные системы счисления. Представление чисел с фиксированной и плавающей запятой. Форматы данных. Выполнение арифметических операций над двоичными числами. Физические формы представления информации. Основные логические элементы ЭВМ.
Методические указания
Под системой счисления (СС) понимают совокупность приемов и правил обозначения и наименование чисел. Различают два типа систем счисления: непозиционные и позиционные.
Необходимо ознакомиться со способами перевода чисел из одной СС в другую.
Разнообразные арифметические и логические операции выполняются в устройствах, называемых арифметическо-логическими устройствами (АЛУ). В цифровых ЭВМ обрабатываются данные трех типов: числа могут быть представлены в естественной (с фиксированной точкой ) и натуральной (с плавающей точкой) форме; логические значения – имеют фиксированную разрядность и рассматриваются как наборы независимых друг от друга логических переменных; текстовая информация (набор символов) - буквы, цифры, знаки.
При изучении этой темы следует ознакомиться с правилами кодирования чисел (прямой, обратный и дополнительный коды) и правилами двоичной арифметики (основное внимание уделить сложению и вычитанию чисел в кодах).
Основным блоком АЛУ является сумматор, поэтому следует рассмотреть принцип построения одноразрядных полусумматоров и полных сумматоров (их синтез); многоразрядных сумматоров.
Контрольные вопросы
1 Дайте определение АЛУ.
2 В каких формах могут быть представлены данные? Объясните суть этих форм.
3 Для чего двоичные числа представляют в прямом, обратном и дополнительных кодах?
4 Перечислите правила двоичной арифметики.
5 Дайте определение одноразрядных полусумматора и полного сумматора. Синтезируйте их схемы.
6 Постройте полный одноразрядный сумматор на полусумматорах.
7 Объясните принцип построения многоразрядных сумматоров.