Скачать:  uca-kurs.zip [3,12 Mb] (cкачиваний: 77)

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Устройства цифровой автоматики»

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………….

1 Теоретическая Часть

1.1 Назначение прибораДРС………….

1.2 Технические характеристики датчика ДРС……………

1.3 Устройство и работа датчика ДРС………..

1.4 Описание электрическая принципиальная схема датчика ДРС………

1.5 Описание счетчика серии К561ИЕ16……..

1.6 Описание триггера серии К561ТМ2………

2 расчетная Часть

2.1 Реализация на мультиплексорах заданной булевой функции…..

2.2Реализация программы на контроллере…….

3 Графическая часть………..

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ…………..

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………….

Приложение………….

 

ВВЕДЕНИЕ 

Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения. Они представляют собой полупроводниковые пластины малой толщины, на которой на площадях в долинесколько квадратных миллиметров выполнены десятки тысяч электрически соединенных между собой в соответствии с требуемыми схемами элементов электроники. Причем эти элементы, как правило, получают одновременно (по групповой технологии) в едином технологическом цикле, который почти полностью автоматизирован. Поэтому стоимость интегральных схем при массовом производстве мало зависит от количества в них элементов и разброс параметров от образца к образцу сравнительно невелик.

На основе больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем созданы и выпускают микропроцессоры и микропроцессорные комплекты, представляющие собой вычислительную машину или ее основные узлы, изготовленные в одном корпусе или в нескольких малогабаритных корпусах. Функции, выполняемые интегральными схемами микропроцессоров, могут быть заданы подачей на их входы внешних электрических сигналов, осуществляемой по определенной программе. Тем самым данные микросхемы позволяют реализовать большое количество разнообразных операций по обработке цифровых сигналов без каких-либо изменений в технологии их изготовления.

Использование базовых матричных кристаллов и программируемых логических матриц является другим способом расширения функциональных возможностей интегральных схем. В массовом количестве изготовляются единые матрицы нескомутированных (не соединенных между собой) элементов. Электрические связи между ними выполняют индивидуально на этапе формирования разводки, исходя из требований заказчика. На основе базовой или программируемой логической матрицы одного типа можно создать сотни разнообразных функциональных узлов различного назначения. Причем различие между базовыми матричными кристаллами и логическими программируемыми матрицами заключается в том, что в последних соединения можно не только создавать, но и разрушать.

В связи с широким выбором интегральных схем, параметры которых известны из технических условий, изменились задачи, стоящие перед разработчиками электронной аппаратуры. Если раньше значительная часть времени уходила на расчеты режимов отдельных каскадов, определение их параметров, решение вопросов термостабилизации и т. п., то в настоящее время главное внимание уделяется вопросам выбора схем соединений и взаимного согласования микросхем.

Типовые микроузлы позволяют собрать нужный электронный блок без детального расчета отдельных каскадов. Разработчик электронной аппаратуры, определив, какие преобразования должен претерпеть электрический сигнал, подбирает необходимые интегральные микросхемы, разрабатывает схему их соединений и вводит обратные связи требуемого вида.

Промышленность выпускает почти все электронные функциональные узлы, необходимые для создания устройств измерительной и вычислительной техники, а также систем автоматики: интегральные электронные усилители электрических сигналов; коммутаторы; логические элементы; триггеры; счетчики импульсов; регистры; сумматоры и т. д., некоторые из которых входят в состав датчика расхода ДРС.

 

Теоретическая Часть

1.1 Назначение прибораДРС

Счетчик воды вихревой ультразвуковой СВУ предназначен для измерения объема воды, закачиваемой в нагнетательные скважины систем поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях. Счетчик эксплуатируется на кустах нагнетательных скважин, кустовых насосных станциях КНС и на отдельных скважинах.

Счетчик СВУ состоит из датчика расхода счетчика ДРС и блока БПИ.

Датчик расхода ДРС (далее – датчик расхода), предназначен для линейного преобразования объемного расхода жидкости, протекающей на трубопроводе, в последовательность электрических импульсов, с нормированной ценой импульса 10^-4 или 10^{-3 м3} в зависимости от типоразмера датчика расхода. Датчик расхода может эксплуатироваться в составе счетчика жидкости СЖУ, а также в составе других изделий, систем и измерительных комплексов, обеспечивающих прием и обработку частотных или числоимпульсных сигналов с частотой в диапазоне 0,2-200Гц.

Область применения – промышленные предприятия, объекты коммунально-бытового назначения.датчики ДРС могут устанавливатьсяв насосных блоках, КНС, блоках водораспределительных гребенок и на отдельных скважинах.

Блок БПИ обеспечивает:

• дистанционное электрическое питание подключаемых датчиков ДРС;
• масштабирование и формирование выходных сигналов датчиков ДРС;
• накопление информации объемах протекающей жидкости;
• передачу информации об объеме протекающей жидкости с выходов каналов масштабирования;
• выборочную индикацию расхода по каждому контролируемому водоводу.

Блок БПИ устанавливается в закрытых нерегулярно отапливаемых помещениях, пунктах контроля и управления, блока местной автоматики, щитовых помещениях и др.

Счетчик состоит из датчика ДРС и блока БПИ, соединенных четырехжильным кабелем. Датчик ДРС преобразует объем измеряемой среды, проходящей через него, в пропорциональное число электрических импульсов с ценой одного импульса 10^{-3 м3}. выходной числоимпульсный сигнал датчика ДРС поступает в блок БПИ, выполняющий функции масштабирования, интегрирования и суммирования импульсной последовательности. Выходные сигналы блока БПИ также числоимпульсные. Нужно отметить, что к одному блоку БПИ может быть подключено от одного до четырех датчиков ДРС. Кроме того, блок БПИ осуществляет также:

• передачу измерительной информации с выхода каналов масштабирования, выдачу в аппаратуру телемеханики служебных сигналов кода скважин, необходимых для реализации приема информации;
• индикацию расхода по датчику ДРС с помощью стрелочного индикатора;
• индикацию результатов измерения объема на цифровых отсчетных устройствах;
• выработку напряжения 24 В постоянного тока для дистанционного питания датчика ДРС.

Блок БПИ и датчик ДРС являются конструктивно и функционально законченными составными частями счетчика и обеспечивают взаимозаменяемость без подстроек, дополнительной градуировки и поверки.

Составные части датчика ДРС (преобразователи ПР и ПНП) см рис.1.1также являются функционально и конструктивно законченными составными частямидатчика ДРС и обеспечивают взаимозаменяемость без дополнительной подстройки и поверки.

Рисунок  1.1 Структурная схема ДРС-25.

 

1.2 Технические характеристики датчика ДРС

Измеряемая среда – вода, нефть, нефтепродукты, сжиженные газы или другие жидкости, неагрессивные кстали марки 12X18H10T и 20X13 ГОСТ 5632-72, с параметрами:

- концентрация солей, г/дм³, не более………………………….20,0

- концентрация твердых частиц, г/дм³, не более………….……1,0

- максимальный поперечный размер твердых частиц, мм…....3,0

- избыточное давление, МПа……………..от (P_n+0,3)[1] до 20,0(25,0)[2]

- температура, °С…………………………………………от 0 до 150

- вязкость, м²/с, не более ……………………………………..12,0·10^-6

- диаметр условного прохода трубопровода, мм ………….....100

- условное давление, МПа ……………………………………….20

- наименьший расход, м³/ч, Q[3]_min ……………………………….0,8

- диапазон эксплуатационных расходов, м³/ч:

Q[4]_э..min ……………………………………………………………...1

Q_э..mах ………………………………………………………………..25

- цена выходного импульса, м³ …………………………………1·10^-3

Примечание. При работе на средах с вязкостью от 1,0·10^-6до 12,0· 10^-6 м²/с, нижний предел эксплуатационных расходов должен определяться по формуле:

Q_э..min=1,1·ν·S·10⁹,м³/ч,                                        (1)

где ν- вязкость измеряемой среды, м²/с;

S- площадь сечения проточной части датчика расхода, м².

 

1.3  Устройство и работа датчика ДРС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок1.2. Функциональная схема датчика расхода ДРС-25.

ПР-преобразователь расхода, ПИ-пьезоизлучатель; ПП – пьезоприемник; Ф1, Ф2 – формирователь сигнала; ФД – фазовый детектор; Г – генератор; ФНЧ – фильтр низких частот; У – усилитель; СП – стабилизирующий преобразователь; УК – устройство коррекции; ФАПЧ – блок фазовой автоподстройки частоты; АК – автокоррелятор; УБ – узел блокировки; П1 – наборное поле; Д – делитель частоты; ФС – формирователь выходного сигнала; УГР– узел гальванической развязки .                                              Датчик расхода состоит из преобразователя расхода ПР и преобразователя нормирующего передающего ПНП.

Набегающий поток образует за телом обтекания вихревую дорожку, состоящую из двух цепочек вихрей, образующихся на верхней и нижней кромках тела обтекания и перемещающихся вместе с потоком.

Принцип действия датчика расхода основан на регистрации каждого из вихрей путем «просвечивания» потока ультразвуковым лучом, направленным перпендикулярно оси тела обтекания от пьезоизлучателя ПИ к пьезоприемнику ПП. После взаимодействия ультразвуковых колебаний с цепочкой вихрей (вихревой дорожкой) сигнал, принятый пьезоприемником ПП, оказывается модулированным по фазе. Модулированный сигнал U_cс выхода пьезоприемника ПП поступает на формирователь сигнала Ф1, с выхода которого импульсы прямоугольной формы поступает на один из входов фазового детектора ФД. Работа ФД основана на преобразовании фазового сдвига между опорным сигналом U₀, поступающим с кварцевого генератора Г, и модулированным сигналом U_c, поступающим с выхода формирователя Ф1, в последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна разности фаз между указанными сигналами. Сигнал с выхода фазового детектора ФД поступает на двухзвенный пассивный RC-фильтр нижних частот ФНЧ, где подавляется несущая частота и другие высокочастотные составляющие сигнала.

Усиление полезного сигнала в рабочей полосе частот, соответствующей диапазону расходов датчика, производится усилителем У с частотно-зависимыми обратными связями.

Формирователь Ф2 из сигнала с выхода усилителя У формирует импульсы прямоугольной формы. Напряжение сигнала с выхода формирователя Ф2 поступает на входы блока фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, автокоррелятора АК и узла блокировки УБ.

Блок ФАПЧ исполняет роль корреляционного фильтра входного сигнала и формирует на выходе импульсы с частотой, соответствующей основной гармонике входного сигнала. Частотный сигнал с выхода блока ФАПЧ через делитель частоты Д, с программируемым коэффициентом деления (диодами на наборном поле П!), и формирователь выходного сигнала ФС поступает на вход узла гальванической развязки УГР, выполненного на транзисторной оптопаре.

Автокоррелятор АК исполняет роль частотного дискриминатора и служит для предварительной настройки блока ФАПЧ.

Узел блокировки УБ определяет моменты, когда блок ФАПЧ находится в состоянии синхронизации с входным сигналом и выдает разрешающий сигнал на формирователь выходного сигнала ФС.

Вследствие отклонений геометрических размеров проточной части преобразователя расхода ПР и тела обтекания, коэффициент преобразования преобразователя расхода ПР k_пр различен для каждого датчика расхода, поэтому для каждого датчика расхода в соответствии со значениемk_пр, определяемым при градуировке, устанавливается (распайкой диодов на наборном поле П1) условный коэффициент преобразования преобразователя ПНП.

Устройство коррекции УК позволяет выполнить корректировку характеристики датчика расхода вблизи нижней границы диапозона эксплуатационных расходов.

Питание элементов схемы осуществляется от стабилизирующего преобразователя СП, преобразующего напряжение питания +24В в напряжения постоянного тока -15В, +7,5В.

Питание пьезоизлучателя ПИ осуществляется от генератора Г.

 

1.4 Описание электрической принципиальной схемыдатчика ДРС

Синусоидальный сигнал со вторичной обмотки трансформатора Т2 поступает на вход формирователя, выполненного на микросхеме D3. импульсы прямоугольной формы с выхода формирователя ограничиваются диодом V9 и поступают на вход «С1» счетчика с дешифратором D5.

Счетчики D5, D6, триггер D11 и схема установки начального состояния на микросхемах D8, D9 входят в состав фазового детектора. На вход 14 счетчика D6 поступает сигнал опорной частоты 1 МГц с кварцевого генератора, собранного на элементах D1.1, D1.2,D1.3. Напряжением «логическая 1» с выхода «0» счетчика D6 триггер D11.1 устанавливается в нулевое состояние. В исходное единичное состояние триггер D11.1 возвращается с приходом на вход «S» напряжения «логич. 1» с выхода «2» микросхемы D5. На выходах триггера формируются импульсы, длительность которых пропорциональна разности фаз между опорным сигналом и сигналом с формирователя на микросхеме D3, сформированным из входного синусоидального сигнала.

Схема на элементах D8.1, D8.2 (D8.3, D8.4) определяет коэффициент деления счетчиков D5(D6). Элементы D9.3, D9.4 с резистором R29 и конденсатором C14 производят установку счетчиков D5 (D6) в нулевое состояние при включении питания.

Сигнал с прямого выхода триггераD11 поступает через интегрирующие цепи R36, C20 и R38, C21 на вход фильтра верхних частот, собранного на микросхеме D4 и транзисторе V3. На выходе усилителя D4 образуется сигнал переменного напряжения, который подается на узел автоматической регулировки усиления (АРУ), собранном на резисторе R19 и полевом транзисторе V8. Режим узла АРУ по постоянному току задается резисторамиR17, R21.

Когда на выходе D4 уровень сигнала не превышает 0,5В, то постоянное напряжение на затворе транзистора V8, задаваемого резисторами R17, R21, R20 положительно. Транзистор закрыт этим напряжением, при этом сигнал без ослабления проходит на вход формирователяD7.При увеличении сигнала на выходе D4 отрицательная полуволна сигнала проходит через диод V7 на затвор V8 разряжает конденсатор C10. при этом напряжение на затворе V8 уменьшается, в результате чего транзистор отпирается, уменьшая амплитуду сигнала на входе D7.

Работа ФВЧ происходит следующим образом. При малых значениях сигнала на выходе усилителя D4 транзистор V3 открыт; коэффициент усиления усилителя определяется отношением сопротивлений резисторов R9 и R5. при этом частота среза АЧХ усилителя в области низких частот определяется величиной сопротивления резистора R5 и емкости конденсатора C5.

При увеличении сигнала на выходе D4 увеличивается запирающее положительное напряжение на затворе транзистора V3 и, соответственно, увеличивается сопротивление канала транзистора V3.Увеличение этого сопротивления приводит к уменьшению коэффициента усиленияD4.

Напряжение сигнала с делителя образованного резистором R19 и транзистором V8, подается на вход триггера Шмитта, собранного на микросхеме D7.

При превышении входным сигналом порога срабатывания на выходе D7 появляется сигнал, который, проходя через резистор R28, поступает на вход инвертора D9.1. Передним фронтом импульса с выхода инвертора триггер D10.1 устанавливается в единичное состояние, и логическая единица с прямого выхода триггера открывает ключ D9.2. Импульсы с генератора 1 МГц поступают через открытый ключD9.2 на вход счетчика D12. При поступлении на вход счетчика числа импульсов, определяемогоперемычками на наборном поле П1, на «D»-входе триггераD10.2 устанавливается «логич. 1».

С приходом очередного импульса на вход «C» триггер устанавливается в единичное состояние, и «логич. 1» с прямого выхода триггера D10.2 устанавливает триггер D10.1 и счетчик D12 в нулевое состояние. При установке триггераD10.1 в нулевое состояние «логич. 0» с прямого выхода триггеразакрывает ключ на D9.2, и схема готова к приему и преобразованию следующего импульса.

Выходные импульсы с ценой одного импульса 0,001 м³ с выхода счетчика D13 поступают на базу транзистора V22 и производят модуляцию сопротивления оптронного ключа V24.

Для сдвига статической характеристики преобразователя ПР в ПНП предусмотрена схема коррекции, выполненная на счетчиках D15 и D16 и триггерах D14.1, D14.2.

Принцип работы схемы коррекции состоит в том, что из последовательности импульсов на выходе компаратора, следующих с частотой вихреобразования, через определенный постоянный промежуток времени вычитается один импульс.

Схема работает следующим образом: сигнал с прямого выхода триггера D11.1 поступает на вход микросхем D14.1, D15, которые совместно со схемойсовпадения на диодах наборного поля П3 и делителем D16 образуют схему задания временного интервала.

Напряжение логической единицы с прямого выхода триггера D14.1 устанавливает в нулевое состояние счетчик D16 и триггер D14.2. Напряжение логического нуля с прямого выхода триггера D14.2 поступает через линию задержки на «D» вход триггера D10.1, и очередной импульс, приходящий свыхода инвертора D9.1 на счетный вход триггера D10.1, не изменяет его состояния. При этом происходит пропуск одного импульса. Сигнал с выхода инвертора D9.1 поступает на счетный вход также триггера D14.2 и устанавливает его в единичное состояние, так как «D» вход этого триггера подключен к напряжению логической единицы. Напряжение «логич. 1» с прямого выхода триггера D14.2поступает на «D» вход D10.1, и с приходом следующего импульса «вихря» произойдет его переключение. Установка коэффициента коррекцииK₀ производится путем распайки диодов наборного поляП3.

Стабилизирующий преобразователь СП выполнен на базе импульсного стабилизатора на транзисторах V14, V15, V16, V17, V21. При подключения внешнего источника питания 24 В на эмиттер транзистора V21 поступает опорное напряжение со стабилитрона V23. Напряжение на выходе стабилизатора нарастает медленно из-за наличия дросселя, представляющего собой одну из обмоток трансформатора Т. Вследствие этого потенциал базы транзистора V21? Определяемый соотношением резисторов R34, R35, ниже потенциала эмиттера,и происходит открывание транзистора V21, приводящее к открыванию транзисторных ключей V17, V16, V15. При увеличении выходного напряжения до уровня, когда потенциал базы транзистора V21 становится выше потенциала эмиттера, транзисторные ключи закрываются. Дроссель начинает отдавать запасенную энергию резисторам R34, R36 через транзистор V14 и нагрузке вторичной обмотки трансформатора T. При снижении выходного напряжения вновь открывается транзистор V21, и цикл работыстабилизатора повторяется.

Применение в схеме стабилизатора высокочастотных транзисторовV15, V16, V17, V21, высокочастотного диода, в качестве которого используется переход «коллектор-база» транзистора V14, и наличие положительной обратной связи по переменному току на конденсаторе C22 позволяет увеличить частоту переключения транзисторных ключей и снизить пульсации выходного напряжения.

Для фильтрации напряжения +12 В на выходе стабилизатора предусмотрен П- образный фильтр на элементах C18, C15, C16, L2. Величина напряжения питания определяется номиналами резисторов R34, R35.

Источник напряжения питания отрицательной полярности включает выпрямитель на диоде V13, фильтр на конденсаторах C19, C17 и стабилизатор на стабилитронеV12 и резисторе R33. Напряжение на вход источника питания подается со вторичной обмотки трансформатора Т.

 

1.5 Описание счетчика серии К561ИЕ16

Микросхемыпредставляют собой четырнадцатиразрядный двоичный счетчик – делитель. Содержат 318 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-1, масса не более 1,5 г и 4307.16-А.

Условное графическое обозначение К561ИЕ16.Назначение выводов: 1 - выход 12 разряда; 2 – выход 13 разряда; 3 - выход 14 разряда; 4 - выход 6 разряда; 5 -выход 5 разряда;6 -выход 7 разряда; 7 -выход 4 разряда;8 - общий; 9 - выход 1 разряда;10 – тактовый входС; 11 – вход установки нуля R; 12 -выход 9 разряда; 13 -выход 8 разряда; 14 -выход 10 разряда; 15 -выход 14 разряда; 16 – напряжение питания.

Электрические параметры

Напряжение питания…………………………………………… 3…15В

Выходное напряжение низкого уровня при воздействиипомехи при U_п=10В……………………………………………………………….. £ 1 В

Выходное напряжение высокого уровня при воздействиипомехи приU_п=10В………………………………………………………….…….³ 9 В

Ток потребления при U_п=15В…………………………………£20 мкА

Входной ток низкого (высокого) уровня при U_п=15В………£ 0,3 мкА

Выходной ток низкого уровня при U_п=10В………………….³0,35мА

Выходной ток высокого уровня при U_п=10В…………………³ 0,35 мА

Время задержки распространения при включении(выключения) при U_п=15В по выводам от 10 до 9…………………….…….. £ 340 нс

Время задержки распространения при включении приU_п=10Впо выводам от 11 до 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15 …………………….. £ 900 нс

Входная емкость приU_п=10В………………………………….. £ 5 пФ

Максимальная тактовая частота при U_п=10В…………………³4 МГц

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Напряжение питания……………………………………………3…15 В

Входное напряжение……………………………….….-0,2…(U_п+0,2) В

Максимальный ток на любой вывод…………………………….10 мА

Максимальная мощность на выход……………………………100 мВт

Максимальная рассеиваемая мощность………………….……200 мВт

Максимальная емкость нагрузки………………………………3000 пФ

Максимальное время фронта и среза тактовых импульсов……15 мкс

Минимальная длительность импульсов установки в нульприU_п=5В…………………………………………………………..……2500 нс

приU_п=10В…………………………………………….……….475 нс

Температура окружающей среды ………………………….-45- +85°С

 

1.6 Описание триггера серии К561ТМ2

Микросхема представляет собой 2 D- триггера с динамическим управлением. Установка триггера по входам R и S принудительная, поэтому сигналы синхронизации С и информационного входа D не изменяют состояния триггера на выходе во время действия сигналов R и S. Содержат 128 интегральных элементов. Таблица истинности для этого триггера представлена в таблице 1. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 4306.14-А. 

Назначение выводов: 1 – выход Q1; 2 –выход Q1(инверс); 3 – вход С1; 4 – вход R1; 5 – вход D1; 6 – вход S1; 7 – общий; 8 – вход S2; 9 – вход D2; 10 – вход R2; 11 – вход С2; 12 – выход Q2(инверс); 13 – выходQ2; 14 – напряжение питания.

Таблица 1.э1Таблица истинности

Примечание. С* - изменение уровня.

 

Электрические параметры

Напряжение питания ……………………………………….. 3…15 В

Выходное напряжение низкого уровня при воздействии помехи:

приU_п=5В ………………………..………………………….…£ 0,8 В

приU_п=10 В ………………………………………….…….£ 1 В

Выходное напряжение высокого уровня при воздействии помехи:

приU_п=5 В …………………………………….……………….…³ 4,2 В

приU_п=10 В ………………………………….…………………….³ 9 В

Ток потребления при приU_п=15 В ………………………….£ 20 мкА

Входной ток низкого (высокого) уровня приU_п=15 В ……£ 0,3 мкА

Выходной ток низкого уровня:

приU_п=5 В ………………………………………….………… ³ 0,5 мА

приU_п=10 В …………………………………….…….……….. ³ 0,9 мА

Выходной ток высокого уровня:

приU_п=5 В ………………………………….……….…………³0,25 мА

приU_п=10 В …………………………………….……………... ³ 0,6 мА

Время задержки распространения при включении (выключении):

приU_п=5 В ……………………………………….……………. £ 420 нс

приU_п=10 В ………………………………….…………………£ 150 нс

Входная емкость при приU_п=10 В ……………………….….. £ 10 пФ

 

 

2 расчетная часть

2.1 Реализация на мультиплексорах заданной булевой функции 

 

Задание: Реализовать на мультиплексорах с числом управляющих входов q=2, 3, 4 булеву функцию вида:

f(x₁,…,x₅) = ∑(0,1, 4,5,7, 10, 11, 12,18, 21,24, 27, 31)

и выбрать наилучшую реализацию по критерию минимума аппаратных затрат.

Решение:

Согласно приведённому выше алгоритму осуществим разложение данной БФ по двум, трём и четырём переменным, сводя результаты расчётов в таблицы.

Результат разложения БФ по двум переменным приведен в              таблице 2.1 .

       Таблица 2. 1         

rk	0	1	4	5	7	10	11	12	18	21	24	27	31
E(rk/4)	0	0	1	1	1	2	2	3	4	5	6	6	7
F(rk/4)	0	1	0	1	3	2	3	0	2	1	0	3	3

 

Таким образом, на первом шаге разложения имеем:

 

         Так как все ОФ имеют нетривиальный вид, продолжим разложение. На втором шаге в качестве исходных данных  теперь рассматриваются слагаемые каждой из полученных на первом шаге ОФ  (таблица 2.2).

 

 

 

 

Таблица 2.2

Функция	Q1				Q2			Q3		Q4
rk	0	1	3	6	0	1	5	2	4	1	2	6	7
E	0	0	0	1	0	0	1	0	1	0	0	1	1
F	0	1	3	2	0	1	1	2	0	1	2	2	3

 

На втором шаге разложения БФ имеем следующие ОФ:

для

для

для

для

Так как все ОФ, полученные на втором шаге являются тривиальными, процесс разложения БФ заканчивается и ее можно реализовать двухъярусной схемой из мультиплексоров с q = 2. Реализация заданной БФ схемой из мультиплексоров типа SN74153приведен на рисунке 2.1

 

 

 

Рисунок2.1. Реализация заданной БФ схемой из мультиплексоров типа SN74153

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микросхема SN74153

Микросхема представляет собой сдвоенный селектор-мультиплексор 4-1 с общими входами выбора данных и раздельными входами стробирования. При высоком уровне напряжения на входе стробирования V соответствующий выход A/D устанавливается в состояние низкого уровня напряжения, в ином случае на выход приходит информация от выбранного входами S1, S2 информационного входа A/D0-A/D3 (рисунок 2.2).

 

 

Рисунок2.2 Графическое изображение SN74153

 

1 - вход разрешения V1;

2 - вход выборки разряда S2;

3 - вход информационный A3;

4 - вход информационный A2;

5 - вход информационный A1;

6 - вход информационный A0;

7 - выход A;

8 - общий;

9 - выход D;

10 - вход информационный D0;

11 - вход информационный D1;

12 - вход информационный D2;

13 - вход информационный D3;

14 - вход выборки разряда S1;

15 - вход разрешения V2;

16 - напряжение питания.

 

 

 

 

 

Рисунок 2.3 . Схемная реализация в программе EWB заданной БФ на мультиплексорах с q=2

 

КР 220301.65 39-61

 

 

Контроллер ГАММА – 8М

Рисунок2.4. Проверка правильности реализации в программеEWB заданной БФ на мультиплексорах с q=2

 

Разложение исходной БФ по трём переменным  приведено в таблице 2.3 .

Таблица 2. 3

rk	0	1	4	5	7	10	11	12	18	21	24	27	31
E(rk/16)	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1
F(rk/16)	0	1	4	5	7	10	11	12	2	5	8	11	15

 

Таким образом после первого шага разложения БФ получили следующие ОФ:

 

Это свидетельствует о нецелесообразности дальнейшего разложения исходной БФ и её схемной реализации (для этого потребуется восемь мультиплексоров).

 

Разложение исходной БФ по четырём переменным приведён в таблице 2. 4.

Таблица 2. 4

 

Таким образом, после первого шага разложения БФ по четырем переменным получаем следующие ОФ:

 

Поскольку все ОФ получились тривиальными, разложение БФ заканчивается и её можно реализовать на одном мультиплексоре . Схемная реализация БФ на одном мультиплексоре типа SN74150 приведена на рис. 2.5 .

 

Рисунок 2.5. Реализация заданной БФ схемой из мультиплексоров типа SN74150

Микросхема SN74150

 

Рисунок 2.6. Графическое

изображение SN74153

Микросхема представляет собой селектор-мультиплексор данных на 16 каналов со стробированием. Позволяет с помощью четырех адресных входов A-D передать данный поступающие на один из входов D0-D15 к выходу Y. Если на вход разрешения S подано напряжение высокого уровня, то на выходе Y также появится высокий уровень независимо от адреса остальных входов. Напряжение низкого уровня на входе C разрешает прохождение данных от входов D0-D15 (Рис.2.6).

Назначение выводов:

1 - вход информационный D7;

2 - вход информационный D6;

3 - вход информационный D5;

4 - вход информационный D4;

5 - вход информационный D3;

6 - вход информационный D2;

7 - вход информационный D1;

8 - вход информационный D0;

9 - стробирующий вход;

10 - выход;

11 - вход адресный D;

12 - общий;

13 - вход адресный C;

14 - вход адресный B;

15 - вход адресный A;

16 - вход информационный D15;

17 - вход информационный D14;

18 - вход информационный D13;

19 - вход информационный D12;

20 - вход информационный D11;

21 - вход информационный D10;

22 - вход информационный D9;

23 - вход информационный D8;

24 - напряжение питания.