Система управления автоматизированной производственной линией

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Устройство управления

1.2 Триггеры

1.2.1 D - триггер

1.3 Дешифратор

1.4 Автомат Мили

2. Практическая часть

Заключение

Список использованных источников



Введение

В наше время промышленные предприятия используют автоматизированные производственные линии. Их применение значительно увеличивает производительность, обеспечивает стабильное качество продукции, уменьшает отрицательное воздействие производственного процесса на человека, а также позволяет экономично использовать энергию и материалы. Также важную роль играет автоматизация управления технологическими процессами. Управлением в широком смысле слова называется организация какого-либо процесса, обеспечивающая достижение поставленной цели. Управляемым процессом может быть, например, процесс движения транспорта (водного, воздушного и наземного), технологический процесс и т.д. Ключевую роль при автоматизации управления объектами играет использование цифровых вычислительных машин.

Целью данной курсовой работы является разработка устройства управления. Необходимо составить интерпретацию микропрограммы, синтез устройства управления, разработать функциональную схему устройства управления. автоматизированный микропрограмма триггер дешифратор



1. Теоретическая часть

1.1 Устройство управления

Процесс функционирования ЭВМ состоит из последовательности элементарных действий в ее узлах. Такие элементарные преобразования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называются микрооперациями. Совокупность управляющих сигналов, вызывающих одновременно выполняемые микрооперации, образует микрокоманду. В свою очередь, последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок реализации машинного цикла, принято называть микропрограммой. Управляющие сигналы вырабатываются устройством управления, а точнее одним из его узлов -- микропрограммным автоматом. Название отражает то, что МПА определяет микропрограмму как последовательность выполнения микрокоманд. Микропрограммы реализации перечисленных ранее целевых функций инициируются задающим оборудованием, которое вырабатывает требуемую последовательность управляющих сигналов и входит в состав управляющей части УУ. Выполняются микропрограммы исполнительным оборудованием, входящим в состав основной памяти, арифметическо - логического устройства и других устройств ЭВМ.

1.2 Триггеры

Триггер это элементарный автомат, содержащий элемент в памяти и схему управления им. Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде. Существуют RS и D - триггеры.

1.2.1 D - триггеры

Триггер (триггерная система) -- класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам -- их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) одинразряд числа, записанного в двоичном коде.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевыетранзисторы), в прошлом -- электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.



1.3 Дешифратор

Дешифратор -- это устройство осуществляющее преобразование двоичных чисел в десятичную систему счисления.

Двоичный дешифратор работает по следующему принципу. Пусть дешифратор имеет N входов, на которые подаётся двоичное слово , тогда на выходах формируется код, разрядности меньшей или равной , где разряд, номер которого равен численному представлению входного слова, становится активным (принимает значение логической единицы, логического нуля или переводится в высокоимпедансное состояние - отключается, что зависит от конкретной реализации дешифратора), все остальные разряды неактивны. Очевидно, что максимально возможная разрядность выходного слова равна . Такой дешифратор называется полным. Если часть входных наборов не используется, то число выходов меньше , и дешифратор является неполным.

Функционирование одноединичного дешифратора где активные выходные сигналы принимают значение логической 1 описывается системой конъюнкций:

Рисунок 1 - Схема дешифратора



…

Часто дешифраторы дополняются входом разрешения работы (Enable). Если на этот вход поступает активный логический сигнал (единица или ноль), то один из выходов дешифратора переходит в активное состояние, иначе все выходы неактивны вне зависимости от состояния входов.

Функционирование одноединичного дешифратора с дополнительным входом (Enable) описывается системой конъюнкций:

…

Обычно микросхемы дешифраторов выполняют с инверсными выходами, у такого дешифратора активный выбранный разряд принимает значение логического нуля.

Двоичное слово на входе дешифратора часто называют «адресом».

1.4 Автомат Мили

Автомат Мили -- конечный автомат, выходная последовательность которого (в отличие от автомата Мура) зависит от состояния автомата и входных сигналов. Это означает, что в графе состояний каждому ребру соответствует некоторое значение (выходной символ). В вершины графа автомата Мили записываются выходящие сигналы, а дугам графа приписывают условие перехода из одного состояния в другое, а также входящие сигналы.

Автомат Мура (абстрактный автомат второго рода) в теории вычислений -- конечный автомат, выходное значение сигнала в котором зависит лишь от текущего состояния данного автомата, и, не зависит напрямую, в, отличие от автомата Мили, от входных значений. Автомат Мура назван в честь описавшего его свойстваЭдварда Ф. Мура, опубликовавшего исследования в 1956 году в издании «Gedanken-experiments on Sequential Machines.»

Автомат Мура может быть определен как кортеж из 6 элементов, включающий:

· множество внутренних состояний S (внутренний алфавит);

· начальное состояние S₀;

· множество входных сигналов X (входной алфавит);

· множество выходных сигналов Y (выходной алфавит);

· функция переходов Ц(z, x).

Для любого автомата Мура существует эквивалентный ему автомат Мили и наоборот. Любой автомат Мура путем добавления ряда внутренних состояний может быть преобразован в автомат Мили.



2. Практическая часть

Тип устройства управления: автоматы Мура и Мили.

Выполним интерпретацию для заданных автоматов по блок-схеме алгоритма представленная в приложении А.

V - микрооперации

V1: Pr1: = Шивх

V2: PrА: = 0

V3: Тr3н1: = Рr1[0]

V4: Pr2: = 0

V5: Pисх: = 0

V6: Pисх[0ч7]: = Pr2 [1ч7]

V7: PrA: = Pr1

V8: PrВ: = Pr2

V9: PrА: = Pr1

V10: PrВ: = Pr2

V11: Cм: = PrA+PrВ+1

V12: PrCм: = Cм

V13: PrCм: = PrCм+1

V14: PrCм[0]: = 1

V15: Cм: = РrA+PrB

V16: Pсмещ: = Рисх+127

V17: PrCм[0ч7]: = Рсмещ:= [1ч7]

V18: PrCм: = Л1

V19: Pсмещ: = Pсмещ-1

V20: Ши Вых: = PrCм

U - логические условия



U1: Тr3н1 = Тr3н2

U2: Тr3н2 = 0

U3: PrCM[0] = 0

U4: PrCM[8] = 0

Строим граф-схему по приложению Б для автомата Мили

Рисунок 2- граф-схема для автомата мили

Опираясь на интерпретацию, показанную выше построим граф-схему для автомата Мура по приложению В.

Рисунок 3 - граф-схема для автомата мура

Определение функций выходов и функций переходов автомата Мили.

Определяется количество элементов автомата Мили памяти D-триггеров по формуле 1 :

R=]Log₂N[ (1)

R=]Log₂10[=4

По формуле 1 определяется количество элементов автомата Мура памяти D-триггеров:

R=]Log₂13[=4

Состояния графа автомата Мили кодируются двоично:

Таблица 1 - переходы D-триггера автомата Мили

Состояние автомата	Т1	Т2	Т3	Т4
Q0	0	0	0	0
Q1	0	0	0	1
Q2	0	0	1	0
Q3	0	0	1	1
Q4	0	1	0	0
Q5	0	1	0	1
Q6	0	1	1	0
Q7	0	1	1	1
Q8	1	0	0	0
Q9	1	0	0	1

Состояния графа автомата Мура кодируются двоично:

Таблица 2 - переходы D-триггера автомата Мура

Состояние автомата	Т1	Т2	Т3	Т4
Q0	0	0	0	0
Q1	0	0	0	1
Q2	0	0	1	0
Q3	0	0	1	1
Q4	0	1	0	0
Q5	0	1	0	1
Q6	0	1	1	0
Q7	0	1	1	1
Q8	1	0	0	0
Q9	1	0	0	1
Q10	1	0	1	0
Q11	1	0	1	1
Q12	1	1	0	0
Q13	1	1	0	1

По данным критериям курсовой работы, минимум аппаратных затрат, полученные значения количества элементов автоматов Мили и Мура одинаковы, но количество состояний Q в автомате Мили меньше по сравнению с автоматом Мура. Следовательно, автомат Мили даст меньше выходов из дешифратора. Следуя критерию курсовой работы, выбираем автомат Мили.

Выпишим функции выхода по таблице 3 для автомата Мили.

V1 = Q0

V2 = Q0 U Q1

V3 = Q0 U Q1

V4 = Q1

V5 = Q2

V6 = Q2

V7 = Q3u1 U Q3ы1ы2

V8 = Q3ы1ы2

V9 = Q3ы1u2

V10 = Q3ы1u2 U Q3u

V11 = Q5

V12 = Q5 U Q4

V13 = Q6ы3

V14 = Q6ы3

V15 = Q6

V16 = Q7

V17 = Q8

V18 = Q8ы4

V19 = Q8ы4

V20 = Q9

Выписываем функции возбуждения триггера

D1 = Q7 U Q8ы4 U Q8u4

D2 = Q3u1 U Q3ы1ы2 U Q3ы1u2 U Q4 U Q5 U Q6u3

D3 = Q1 U Q2 U Q4 U Q5 U Q6u3 U Q6ы3

D4 = Q0 U Q2 U Q3ы1ы2 U Q3ы1u2 U Q4 U Q6ы3 U Q6u3 U Q8u4 U Q8ы4

Минимизируем функции возбуждения автомата Мили:

D1 = Q7 U Q8ы4 U Q8u4 = Q7 U Q8

D2 = Q3ы1 U Q3ы1ы2 U Q3ы1u2 U Q4 U Q5 U Q6u3 = Q3ы2 U Q3ы1u2 U Q4 U Q5 U Q6u3 = Q3ы1 U Q4 U Q5 U Q6u3

D3 = Q1 U Q2 U Q4 U Q5 U Q6u3 U Q6ы3 = Q1 U Q2 U Q4 U Q5 U Q6

D4 = Q0 U Q2 U Q3ы1ы2 U Q3ы1u2 U Q4 U Q6ы3 U Q6u3 U Q8u4 U Q8ы4 =Q0 U Q2 U Q3ы1 U Q4 U Q6 U Q8



Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена и выполнена работа устройства управления с минимальными аппаратными затратами на основе

D-триггера и автоматов Мили и Мура. В ходе выполнения работы были интерпретированы микропрограммы в графы автоматов Мили и Мура, наглядно представлены блок схемы в приложениях Б и В. По окончании выполнения практической части, в приложении Г представлена функциональная схема автомата Мили, так как основным критерием было минимум аппаратных затрат.



Список использованных источников

1 Брехов О.М. Принципы построения процессов для авиационных комплексов. М.: МАИ, 1984г.

2 Михнов Ю.М. Проектирование вычислительных устройств. М.: Минобороны, 1991г.

3 Савельев А.Я. Прикладная теория цифровых автоматов. М.: Высшая школа, 1987г.

4 Цилькер Б.Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2006г. - 668 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru