Кафедра автоматизации и информационных технологий

 

 

 

Курсовой проект

 

По дисциплине:  «Устройства Цифровой Автоматики»

 

На тему: «Контроллер микропроцессорный ГАММА-8М»

 

 

Содержание

Введение. 3

1.Теоретическая часть   5

1.1 Назначение  5

1.2Технические данные  6

1.3 Электрические параметры и характеристики  7

1.4 Общее устройство и принцип работы прибора  8

1.5 Органы управления и индикации прибора  9

1.6 Устройство и принцип работы датчиков ДУУ2  10

1.7 Устройство и принцип работы датчиков ДТМ1  11

1.8 Устройство и принцип работы датчиков ДИД1  12

1.9 Рассмотрим работу составных частей прибора. 12

1.10 Ячейка сопряжения с датчиками ЯСД4  15

1.11 Ячейки индикации ЯИ5. 17

2. Расчетная часть   24

2.1.Задание  24

2.2. Минимизация логической функции методом Квайна. 24

2.3. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки. 27

2.4. Проверка минимизации с помощью программы EWB   30

Список литературы    34

 

 

Введение.

Последние достижения в области физики и технологии полупроводников, математики, химии, радиотехники позволили перейти к новому этапу миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры – созданию и совершенствованию интегральных схем.

Интегральная микросхема – микроэлектронное изделие, выполняющее функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов или кристаллов, которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации – рассматривается как единое целое.

Полупроводниковые  интегральные микросхемы приставляют собой законченные функциональные устройства, элементы которых выполняются в едином технологическом цикле. Поэтому параметры полупроводниковых интегральных микросхем имеют меньший разброс и температурную зависимость, чем параметры аналогичных функциональных устройств, выполненных на дискретных элементах.

При проектировании ИС с большой степенью интеграции (БИС) необходимо решить две проблемы. Первая – возможность уменьшения геометрических размеров элементов схемы. Вторая проблема – обеспечение отвода теплоты. Увеличение плотности упаковки элементов в интегральной микросхеме обуславливают увеличение удельной мощности рассеяния.

Микропроцессор – это функционально законченное и полностью автономное цифровое устройство, реализованное на одной или нескольких БИС и обеспечивающее обработку информации и управление по заданной программе. Микропроцессоры рассчитаны на совместную работу с устройствами памяти  и ввода – вывода информации.

Существующие в настоящее время приборы исследования, регулирования и контроля разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений позволили перейти к созданию и внедрению информационно-измерительных систем для нефтедобывающих и газодобывающих предприятий.

Успешный процесс ведения переработки нефти и газа зависит от строгого контроля и поддержания на заданном уровне таких параметров, как давление, температура, расход, а также от контроля качества выходного продукта.

В настоящей работе используется контроллер микропроцессорный ГАММА – 8М, который предназначен для подключения к нему датчиков уровня, температуры или избыточного давления. Иными словами он обеспечивает надежность эксплуатации нефтяных и газовых объектов. Температура, давление и уровень являются теми параметрами, которые могут сильно повлиять на технологический процесс в нефтегазовой промышленности. Контроль, за этими параметрами является ключевым элементом автоматизации производства.

1.Теоретическая часть

1.1 Назначение 

Контроллер микропроцессорный ГАММА – 8М предназначен для подключения к нему двух датчиков уровня ультразвуковых ДУУ2 ТУ 4214-001-29421521-02, или датчиков температуры многоточечных ДТМ1 ТУ 4211-001-29421521-02, или датчиков избыточного давления ДИД1 ТУ 4212-001-29421521-02 производства ЗАО «Альбатрос» (далее «датчики») любых модификаций в любой конфигурации и обеспечивает:

• Взрывозащищенное электропитание подключенных датчиков (датчики, подключаемые к прибору, могут размещаться на объектах в зонах В-1 и В-1а, где возможно образование смесей горючих газов и паров с воздухом категории IIB по ГОСТ Р 51330.11 температурного класса Т5 включительно согласно ГОСТ 51330.0);
• Обработку поступающих от датчиков сигналов и расчет измеряемых параметров;
• Индикацию измеряемых параметров;
• Управление внешними устройствами (четыре изолированных ключа с выходом типа «сухой контакт» и программируемыми привязками, порогами срабатывания и гистерезисами);
• Формирование стандартных токовых сигналов, пропорциональных измеряемым параметрам (два канала с программируемой привязкой), для работы с самопишущими и другими устройствами регистрации;
• Одновременного регулирования (позиционный или пропорциональный законы регулирования) по двум параметрам, измеряемым подключенными к прибору датчиками;
• Осуществление цифрового обмена по последовательному интерфейсу RS – 485 с ЭВМ верхнего уровня в формате протокола Modbus RTU.

Прибор осуществляет индикацию измеряемых параметров с помощью семисегментных светодиодных индикаторов.

1.2Технические данные

Число подключаемых датчиков – два.

Индикация измеряемых параметров и вывод другой алфавитно-цифровой информации осуществляется на двух встроенных в прибор пятиразрядных семисегментных светодиодных индикаторах.

Прибор имеет четыре светодиода, индицирующих текущее состояние ключей, и пьезоэлектрический звонок.

Для программирования прибора пользователю предоставляется трехкнопочная клавиатура. Все программируемые параметры и константы запоминаются в энергонезависимом ОЗУ (ЭОЗУ) прибора и сохраняются при отключении питания. Ориентировочный срок хранения информации в ЭОЗУ прибора при включенном питании – 10 лет.

Питание датчиков осуществляется постоянным напряжением с параметрами , . Для связи с датчиками применяются экранированные четырехпроводный кабель. Нормальное функционирование обеспечивается при длине соединительного кабеля между прибором и датчиком не более . Разрешается применение экранированных контрольных кабелей со следующими параметрами: , , .

Предельные параметры ключей прибора на активной нагрузке:

• Коммутируемое напряжение постоянного или переменного тока не более 250В;
• Допустимый ток коммутации ключа не более 1А;
• Сопротивление ключа в замкнутом состоянии не более 1,2 Ом.

Характеристики интерфейса:

• гальваническая развязка выходных цепей интерфейса от корпуса прибора и его внутренних цепей (прочность изоляции 1000В постоянного тока в течение одной минуты);
• тип интерфейса RS – 485;
• программируемая скорость передачи до 19200 бит/с;
• программируемый контроль четкости;
• логический протокол – Modbus RTU (программируемый адрес прибора).

Характеристики выходных токовых сигналов прибора:

• число выходных токовых сигналов – два;
• гальваническая развязка выходных цепей токовых сигналов от корпуса прибора и его внутренних цепей (прочность изоляции 1000В постоянного тока в течение одной минуты);
• независимое программирование выходной шкалы (0…5мА, 0…20мА, 4…20мА) для каждого токового сигнала;
• выходные токовые сигналы 0…5мА обеспечиваются прибором на нагрузке не более 2кОм, а 0…20мА и 4…20мА – на нагрузке не более 450 Ом;
• приведенная основная погрешность выходных токовых сигналов - .

1.3 Электрические параметры и характеристики

Питание прибора осуществляется по сети переменного тока напряжением от 180 до 242В, частотой (501) Гц.

Мощность, потребляемая прибором от сети, не превышает 15 ВА.

По степени защиты от поражения электрическим током прибор относится к классу защиты 1 в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.007.0.

Электрическая изоляция между цепью питания ~220В, 50Гц и металлическими частями прибора выдерживается без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение ~1500В, 50Гц в нормальных условиях применения.

Время установления рабочего режима не более 30с.

Прибор предназначен для непрерывной работы.

Средняя наработка на отказ прибора с учетом технического обслуживания, регламентируемого данным руководством по эксплуатации не менее 40000ч.

Срок службы прибора составляет 12 лет.

Среднее время восстановления прибора не более 8 часов.

1.4 Общее устройство и принцип работы прибора

Контроллер микропроцессорный ГАММА – 8М представляет собой микропроцессорный прибор на основе однокристальной микро – ЭВМ (ОМЭВМ) DS80C320 и выполняет функции вторичного преобразователя, индикации и управления. Прибор имеет в своем составе три узла: ячейка сопряжения с датчиками ЯСД4, ячейка вычислительная ЯВ3 и ячейка индикации ЯИ5.

ЯСД4 содержит блок питания, вырабатывающий напряжение, необходимое для работы всех остальных узлов прибора, источник искробезопасного питания датчиков, подключаемых к прибору, и узлы оптронной развязки сигналов связи прибора и датчиков, обеспечивающие согласование уровней сигналов и защиту искробезопасных цепей от искроопасных.

ЯИ5 осуществляет индикацию измеряемых датчиками параметров и состояние ключей. На плате ЯИ5 расположена кнопочная клавиатура, позволяющая оператору программировать прибор. Кроме того, ЯИ5 выполняет функцию кросс – оплаты, связывающей ЯСД4 и ЯВ3.

ЯВ3 является центральным узлом прибора. В ее задачи входит осуществление опроса датчиков, расчет измеряемых параметров, формирование изолированных токовых и дискретных управляющих сигналов, хранение настроечной информации при отключении питания прибора, обеспечение обмена данными с ЭВМ верхнего уровня, а также управление работой ЯИ5.

1.5 Органы управления и индикации прибора

Прибор имеет два режима работы:

• режим измерений;
• режим программирования.

В режиме измерений прибор осуществляет опрос подключенных к нему датчиков, производит вычисление и индикацию измеряемых параметров, а также формирует сигналы токовых выходов и управления ключами.

Режим программирования предназначен для настройки прибора. В этом режиме опрос датчиков не производится, а токовые выходы и ключи «замораживаются» в состояниях, в которых они находились непосредственно перед входом в режим программирования.

На передней панели прибора расположены два пятиразрядных семисегментных индикатора (далее «индикаторы»), на которые в режиме измерений выводятся значения измеряемых прибором параметров и/или диагностические сообщения о ходе процесса измерений.

В режиме программирования на индикаторы выводятся вспомогательные сообщения (название меню, параметров настройки и т.п.), а также значения параметров настройки приборов.

Перед каждым индикатором расположены два светодиоды красного цвета, индицирующих состояние ключей прибора. Если светодиод горит, соответствующих ему ключ замкнут, иначе ключ находится в разомкнутом состоянии.

В нижней части передней панели прибора находятся три кнопки. Нажатие кнопок сопровождается звуковым сигналом.

Прибор предназначен для подключения к нему двух датчиков производства ЗАО «Альбатрос», поэтому вначале рассмотрим устройство и принцип работы датчиков.

1.6 Устройство и принцип работы датчиков ДУУ2

Измерения уровня или уровня раздела фаз основано на измерении времени распространения короткого импульса упругой деформации в стальной проволоке. По всей длине проволоки намотана катушка, в которой протекает импульс тока, создавая магнитное поле. В месте расположения поплавка с постоянным магнитом, скользящий вдоль проволоки, в ней под действием магнитострикционного эффекта возникает импульс продольной деформации, который распространяется по проволоке и фиксируется пьезоэлементом, закрепленным на ней.

Датчики измеряют время, прошедшее с момента формирования импульса тока до момента приема сигнала от пьезоэлемента. Это позволяет вычислить расстояние до местоположения поплавка (дальность), определяемого положением уровня жидкости, при известной скорости звука.

Расстояние до поплавка определяется по следующей формуле:

,                                                     (1)

где

L – расстояние от пьезоэлемента датчика до контролируемой поверхности, м;

T – время распространения в проволоке импульса звука от поплавка до пьезоэлемента, с;

V_зв – скорость звука в проволоке (значение приведено в паспорте датчика и вводится при программировании прибора), м/с;

Уровень H, м, измеряемым датчиком, рассчитывается по следующей формуле:

,                                                    (2)

где

B – база установки датчика (расстояние от точки, на которой дальность принимается равной нулю, до поверхности, принятой за нулевой уровень), м;

L – значение дальности, рассчитываемое по формуле (1), м.

Измерение температуры в датчиках осуществляется с помощью цифрового интегрального термометра фирмы Maxim Integrated Product, Inc., расположенного на нижнем конце чувствительного элемента датчика.

Измерение давления в резервуаре осуществляется с помощью ячейки для измерения давления (ЯИД) фирмы M.K. Juchheim GmbH and Co. Сигнал, выдаваемый данной ячейкой, оцифровывается с помощью встроенного в микроконтроллер датчика аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Значение давления Р, ат, измеряемой датчиком, рассчитывается по следующей формуле:

,                                               (3)

где

W – вес бита АЦП измерения давления, мат/бит;

С – код, полученный с АЦП измерения давления, бит;

Р_см – начальное смещение характеристики датчика давления, ат.

1.7 Устройство и принцип работы датчиков ДТМ1

Измерение температуры в датчиках осуществляется с помощью цифровых интегральных термометров фирмы Maxim Integrated Product, Inc. (в зависимости от модификации датчика число термометров может быть от трех до восьми), расположенных на кабель-тросе датчика (места расположения термометров задаются потребителем при заказе).

 

 

1.8 Устройство и принцип работы датчиков ДИД1

Измерение давления основано на пьезорезистивном эффекте. Давление измеряемой среды воздействует на разделительную мембрану ЯИД. Разделительная мембрана предает давление через жидкостное заполнение на кремниевую мембрану с легированным мостом сопротивлений. Прогиб кремниевой мембраны под действием давления приводит к изменению сопротивлений измерительного моста, что вызывает изменение выходного напряжения моста, пропорциональное изменению давления. ЯИД оснащена датчиком температуры, который, в совокупности с двумя внешними резисторами, обеспечивает температурную компенсацию измерения давления.

В качестве ЯИД используется ячейка, аналогичная применяемой в датчиках ДУУ2. Расчет значения давления, измеряемого датчиком, осуществляется по формуле (3). 

1.9 Рассмотрим работу составных частей прибора.

Схема содержит следующие узлы (см. приложение «Структурная схема ячейки вычислительной ЯВ3»):

• однокристальная микро-ЭВМ (ОМЭВМ);
• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);
• энергонезависимое оперативное запоминающее устройство (ЭОЗУ);
• регистр адреса (РА);
• формирователь сигналов управления (ФСУ);
• изолированные релейные ключи (ИРК);
• источник изолированного питания (ИИП);
• изолированные цифро-аналоговые преобразователи (ИЦАП);
• узел изолированного интерфейса (УИИ).

  Ядро модуля является ОМЭВМ (БИС DS80C320-MCG фирмы Maxim Integrated Products, Inc.), управляющая остальными узлами прибора. Тактирование ОМЭВМ обеспечивается кварцевым резонатором (22,1184 МГц) и ее внутренним генератором.

ОМЭВМ имеет отдельные пространства  для памяти программ и памяти данных (ЭВМ гарвардского типа). Программное обеспечение (ПО) хранится в ПЗУ объемом 32 Кбайт, обращение к которому осуществляется сигналом /ПЗУ.

РА с помощью сигнала ОМЭВМ ALE выделяется из мультиплексной шины адрес/данные ОМЭВМ младший байт адреса, необходимый для выбора данных из ПЗУ и ЭОЗУ.

ЭОЗУ предназначено для хранения информации о конфигурации прибора (параметры датчиков, тип токовых выходов и т.п.), а также временного хранения данных, необходимых в процессе осуществления прибором опроса датчиков и вычисления значений измеряемых параметров.

Пространство данных ОМЭВМ (64 Кбайт) делится между ЭОЗУ и ИРК. ФСУ формирует  из сигналов адресной шины, записи (/WR) и чтения (/RD) ОМЭВМ сигналы записи и чтения ЭОЗУ (/WR RAM и /RD RAM соответственно) и сигналы записи ИРК /WR SW.

ИРК формирует гальванически развязанные сигналы типа «сухой контакт» для управления устройствами сигнализации, которые могут подключаться к прибору, а также сигналы управления светодиодами состояния ключей, расположенных на плате ЯИ5.

ИИП вырабатывает для узла ИЦАП изолированные напряжения  и .

Узел ИЦАП решает задачу формирования входных токовых сигналов по командам ОМЭВМ (два независимых гальванически изолированных от цепей прибора канала).

УИИ осуществляет гальваническую изоляцию и преобразование сигналов встроенного в ОМЭВМ универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) в сигналы интерфейса RS-485. Направление передачи информации по интерфейсу задается ОМЭВМ с помощью сигнала DIR.

Связь ЯВ3 с ЯИ5 осуществляется по шине  фирмы Philips Semiconductors, программно реализуемой в ОМЭВМ. При этом ОМЭВМ является ведущим устройством, а ЯИ5 – ведомым. Кроме того, ЯВ3 формирует сигнал сброса ЯИ5 /RES CE210, а ЯИ5 при нажатии кнопок, расположенных на ее плате, формирует сигнал /INTO, поступающий на вход прерывания ОМЭВМ.

ОМЭВМ имеет два УАПП. Первый используется в УИИ, с помощью второго УАПП прибор осуществляет связь с датчиками. Сигналы связи с датчиками транслируются через ЯИ5 на ЯСД4. Сигнал CHANNEL задает адрес датчика, на линии REQUEST формируются команды опроса датчиков. Информация с датчиков снимается на линии ANSWER.

ОМЭВМ D1 (см. приложение «Принципиальная электрическая схема ЯВ3») выбирает команды из ПЗУ D3 (устанавливается на панели, что позволяет версии ПО) с помощью сигнала /ПЗУ (вывод 29 D1). РА выполнен на ИМС D2, ЭОЗУ – БИС D5. ФСУ (ИМС D4) разбивает адресное пространство внешней памяти данных ОМЭВМ на четыре блока объемом по 16 Кбайт. В первом (адреса 0000…3FFFH) расположено ЭОЗУ (восемь вхождений по 2 Кбайт), в третьем (адреса 8000…BFFFH) располагаются ИРК, остальные адреса не используются. Сигналы /RD RAM, /WR RAM и /WR SW формируются на выводах 7, 9 и 11 ИМС D4 соответственно.

ИРК включают в свой состав регистр D7, выводы которого управляют изолированными ключами (элементы F1…F4, K1…K4, R15…R22, V5…V8, X3) и через резисторы R5…R8 и разъем X2, светодиодами состояния ключей, расположенными на плате ЯИ5.

ИИП, вырабатывающий два изолированных напряжения питания ИЦАП, включает в себя элементы С24, С25, С28, С34…С37, D12, D13, U1, U2.

Узел ИЦАП имеет два независимых канала, имеющих одинаковую схемотехнику, выполнен на элементах B2, B3, C18…C23, C26, C27, C30…C33, D9…D11, D14, D15, F7, F8, R25…R52, V13…V28, X4.2 и управляется сигналами с выводов 1, 2, 13, 14 ОМЭВМ.

Шина , связывающая ЯВ3 с ЯИ5, образована выводами ОМЭВМ 7 и 8, а также подтягивающими резисторами R1 и R2. Сигнал сброса ЯИ5 /RES CE210 формируется на выводе 6 ОМЭВМ.

УИИ включает в себя элементы D6, D8, F5, F6, R3, R4, R9…R14, R23, R24, V1…V4, V9…V12, X4.1.

Связь ЯВ3 с ЯИ5 осуществляется через разъемы X1 и X2, причем через разъем X1 ЯИ5 транслирует от ЯСД4 напряжение питания ЯВ3, а также сигналы работы с датчиками (CHANNEL, REQUEST, ANSWER).

1.10 Ячейка сопряжения с датчиками ЯСД4

.Структурная схема ЯСД4 приведена на рис.1. Схема содержит следующие узлы:

• выключатель (Выкл.);
• блок питания, устанавливаемый на плате ЯСД4;
• источник питания датчиков (ИПД);
• узлы сопряжения с датчиками (УСД).

 

~220 В, 50Гц

 

Рис. 1 – Структурная схема ячейки сопряжения с датчиками ЯСД4

Сетевое напряжение ~220 В, 50Гц через выключатель поступает на блок питания, выдающий напряжение +5 В (необходимо для работы ЯВ3, ЯИ5 и УСД), +12 В и -12 В (необходимо для работы ИПД).

ИПД вырабатывает искробезопасное питание датчиков, подключаемых к прибору (два канала), и включает в себя искрозащитные элементы.

УСД, в соответствии со значениями сигнала CHANNEL, выполняют функцию демультиплексирования сигнала запроса датчика REQUESR на два канала, мультиплексируют сигналы ответа датчиков на одну линию (ANSWER) и обеспечивают согласование уровней и гальваническую развязку сигналов опроса и ответа датчиков.

Сетевое напряжение с контактных площадок 1 и 2 поступает на блок питания А1 через предохранители F1 и F2 (см. приложение «Принципиальная электрическая схема ЯСД4»).

Вырабатываемое блоком питания напряжение, выполненного на элементах F5, F6, V13, V14, источников изолированного питания (Элементы C4…C12, U1, U2) и узлов ограничения тока короткого замыкания и напряжения холостого хода по цепям питания датчиков (А2 и А3). Далее вырабатываемые ИПД напряжения поступают на УСД и разъем связи с датчикаRми X1.

Узлы сопряжения с датчиками приставляют собой устройства оптронной развязки и построены на элементах C1…C3, D1…D3, R1…R18, V1…V10, V15…V18.

 

1.11 Ячейки индикации ЯИ5.

Структурная схема приведена на рис.2. Схема содержит следующие узлы:

• контроллер клавиатуры и дисплея (ККД);
• разрядные ключи (РК);
• сегментные ключи (СК);
• семисегментный индикатор (СИ);
• светодиоды состояния ключей (ССК);
• клавиатура (К).

 

Рис. 2 – Структурная схема ячейки индикации ЯИ5

Основным узлом ЯИ5 являются ККД, осуществляющий вывод информации на СИ, опрос кнопок клавиатуры и формирование звуковых сигналов. Вид выводимой на СИ информации задается ЯВ3, сканирование индикатора осуществляется непосредственно ККД, что позволяет разгрузить ОМЭВМ ЯВ3 от выполнения данной работы.

Как было уже отмечено выше, связь ЯИ5 с ЯВ3 осуществляется по двунаправленной шине . При этом ЯВ3 выдает о шине команды управления ККД и данные для вывода на СИ, а ЯИ5 – коды нажатых кнопок и информацию о состоянии ККД.

РК и СК умощняют слаботочные сигналы ККД, для этого, чтобы обеспечить необходимую яркость СИ.

ССК управляются сигналами ЯВ3 и индицируют текущее состояние ИРК.

ККД выполнен на элементах B1, C5, D1, R1…R7 и  БИС D2 (см. приложение «Принципиальная электрическая схема ЯИ5»).

ССК – светодиоды H1…H4, СИ – индикаторы H5…H14.

СК – транзисторы V1…V8, РК – транзисторы V9…V18.

ЯВ3 подключается к разъемам X1 и X2, через разъем X3 по плате ЯИ5 транслируются сигналы от ЯСД4 на ЯВ3.

Принципиальные электрические схемы состоят из различных элементов, каждая из которых выполняет свою определенную функцию. Рассмотрим примеры двух микросхем, из которых состоит прибор.

 

 

 

 

 

 

Микросхема КР1533ИД4

Сдвоенный дешифратор – мультиплексор 2 – 4.

 

 

 

Микросхема приставляет собой сдвоенный дешифратор – мультиплексор 2 в 4 с общими входами дешифрируемого кода и раздельным управлением шинами разрешения.

 

Эта микросхема может быть использована в качестве двойного дешифратора 2 в 4, двойного демультиплексора 1 в 4, дешифратора 3 в 8 и демультиплексора 1 в 8.

 

Двойной демультиплексор 1 в 4.

 

Демультиплексор 1 – 8.

 

Дешифратор 3 в 8.

 

Габаритные размеры:

 

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания - .

Выходное напряжение низкого уровня при  - .

Выходное напряжение высокого уровня при  - .

Входной ток низкого уровня - .

Входной ток высокого уровня (для одиночного входа) - .

Ток потребления при  - .

Предельно допустимые режимы эксплуатации:

Максимальный выходной ток низкого уровня - .

Максимальный выходной ток высокого уровня - .

Микросхема КР1554ТМ9

 

Микросхема представляет собой шесть D – триггеров с общим входом установки, с прямыми выходами и предназначена для создания устройств памяти широкого применения.

Отличительная особенность – наличие общих для всех триггеров синхроввода С и входа сброса R. Тактирование осуществляется передним фронтом синхросигнала С, а установка прямых выходов в состояние низкого уровня – низким уровнем напряжения на входе R.

Назначение выводов:

1 – вход установки в состояние логического «0» .

2, 5, 7, 10, 12, 15 – выходы данных D1…D6.

3, 4, 6, 11, 13, 14 – входы данных D1…D6.

 7 – общий.

9 – вход тактовый С.

16 – напряжение питания.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания - .

Входное напряжение низкого уровня при  - .

Входное напряжение высокого уровня при -.

Выходное напряжение низкого уровня при  - .

Выходное напряжение высокого уровня при  - .

Входной ток при  - .

Ток потребления при  - .

Выходной ток низкого уровня при  - .

Выходной ток высокого уровня при  - .

Время задержки распространения сигнала при включении при :

От входа С к выходам D - .

От входа  к выходам D - .

Время задержки распространения сигнала при включении при  от входа С к выходам D - .

Время предустановки входа D относительно входа С при  - .

Время удержания входов D  относительно входа С при  - .

Длительность импульса на входе С при  - .

Максимальная тактовая частота при  - .

Входная емкость - .

Предельно допустимые режимы эксплуатации КР1554:

Напряжение питания - .

Входное напряжение низкого уровня -

Входное напряжение высокого уровня - .

Выходной ток низкого уровня - .

Выходной ток высокого уровня - .

Время фронта нарастания (спада) сигнала - .

Емкость нагрузки - .

Температура окружающей среды - .

2. Расчетная часть

            2.1.Задание   

Минимизировать логическую функцию  методом Квайна, Квайна-Мак-Класки, и провести проверку с помощью программы EWB.

         2.2. Минимизация логической функции методом Квайна.

Решение: 1. Составим таблицу истинности для данной логической функции.

 

Для нахождения СНДФ необходимо из таблицы истинности выбрать лишь те комбинации, которые на выходе дают «1».

 

 2. Понизим ранги функции с помощью операций склеивания и поглощения. В таблице 1 ранг понизится до 3х.

Таблица 1

 

В таблице 2 ранг понизим до 2х.

Таблица 2.

3.Расстановка меток.

Составим таблицу 2 используя результаты таблицы 1. В строки записываем комбинации 3го ранга. Столбцами здесь являются исходные комбинации. Если в какую либо начальную комбинацию входят составляющая комбинация любой строки, то на пересечении данной строки и столбца расставляем метку.

 

		√	√		√	√
				√		√			√
	√	√
							√	√
								√	√

 

4. Вычеркивание столбцов.

В таблице 2 находим тот столбец, где получена только одна метка. Затем по данной метке определяем соответствующую ей строку. Комбинации данной строки участвуют в ответе. Затем в данной строке находим все метки и вычеркиваем те столбцы, в которых расположены метки, соответствующие данной строке.

5. Выбираем минимальное покрытие.

В таблице 3 необходимо выбрать такое сочетание комбинаций, которое должно включать метки во всех столбцах, но так как это условие не выполнимо, значение данной строки в ответ входить не будет.

Таблица 3.

				√	√

 

 

Таким образом, минимальная форма заданной функции будет выглядеть так:   

2.3. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки.

Мак-Класки предложил прием, который на этапе нахождения сокра­щенных ДНФ и КНФ упрощает процесс минимизации и, кроме того, позволяет описать этот процесс для выполнения на ЭВМ. Прием пред­усматривает следующую последовательность действий для получения сокращенной ДНФ.

1. СДНФ функции представляют наборами значений аргументов, на которых функция равна лог. 1.

2. Все члены в этой форме СДНФ разбивают на группы по числу единиц, содержащихся в наборах (представленных в двоичной форме).

3. Производят склеивание наборов. Склеиваться могут только набо­ры соседних групп, различающиеся лишь в одном разряде. Результат склеивания пары наборов содержит на месте разряда с различающимися значениями в наборах символ * и заносится в графу следующего этапа, а пара склеивающихся наборов вычеркивается (при этом вычеркнутые наборы должны использоваться в последующих поисках склеивающих­ся пар наборов). Так, склеивание пары наборов 0001 и 0101 графы I этапа приводит к набору 0 * 01, записываемому в графе II этапа.

Результаты склеивания наборов II этапа заносятся в графу III этапа. Сюда перенесены и невычеркнутые наборы из графы II этапа. Дальней­шее склеивание оказывается невозможным.

Наборы графы последнего этапа изображают простые импликанты функции, т.е. члены сокращенной ДНФ.

ДНФ соответствует логическому выражению, получаемо­му по правилу: каждый набор соответствует отдельной импликанте; каждому символу в наборе соответствует переменная функции с индексом, совпадающим с номером позиции символа в наборе; если символом является *, то соответствующая переменная в вы­ражении импликанты отсутствует; если символом является 0, то соответствующая переменная в выражении импликанты присутст­вует с инверсией; при символе 1 переменная записывается без ин­версии.

Переход от сокращенной ДНФ к минимальной ДНФ может произ­водиться с помощью импликантной матрицы, как и в методе Квайна. Различие может состоять лишь в том, что в импликантной матрице члены СДНФ и сокращенной ДНФ удобней представлять соответству­ющими им двоичными комбинациями.

Итак, задана та же функция:

Функцию можно записать через наборы, представленные в двоичной форме:

СДНФ:

 Все члены в этой форме СДНФ разобьем на группы по числу единиц, содержащихся в наборах. Эта разбивка наборов на группы для рассматриваемой функции представлена в графе I этапа табл.1

Таблица 1.

 

Произведем склеивание наборов. Склеиваться могут только набо­ры соседних групп, различающиеся лишь в одном разряде. Результат склеивания пары наборов содержит на месте разряда с различающимися значениями в наборах символ * и заносится в графу следующего этапа, а пара склеивающихся наборов вычеркивается (при этом вычеркнутые наборы должны использоваться в последующих поисках склеивающих­ся пар наборов). Так, склеивание пары наборов 0100 и 0101 графы I этапа приводит к набору 010*, записываемому в графе II этапа.

Результаты склеивания наборов II этапа заносятся в графу III этапа. Сюда перенесены и невычеркнутые наборы из графы II этапа. Дальней­шее склеивание оказывается невозможным.

Наборы графы последнего этапа изображают простые импликанты функции, т.е. члены сокращенной ДНФ. В нашем случае сокращенная ДНФ функции

 

Эта запись соответствует логическому выражению, получаемо­му по правилу: каждый набор соответствует отдельной импликанте; каждому символу в наборе соответствует переменная функции с индексом, совпадающим с номером позиции символа в наборе; если символом является *, то соответствующая переменная в вы­ражении импликанты отсутствует; если символом является 0, то соответствующая переменная в выражении импликанты присутст­вует с инверсией; при символе 1 переменная записывается без ин­версии:

 

Переход от сокращенной ДНФ к минимальной ДНФ произ­ведем с помощью импликантной матрицы, как и в методе Квайна: вычеркиваем столбцы, в которых получена только одна метка. Затем по данной метке определяем соответствующую ей строку. Комбинации данной строки участвуют в ответе. Затем в данной строке находим все метки и вычеркиваем те столбцы, в которых расположены метки, соответствующие данной строке. Для  удобства представим члены СДНФ и сокращенной ДНФ соответству­ющими им двоичными комбинациями. Импликантная матрица приведена в табл.2.

Таблица 2.

 

Из таблицы следует, что минимальная ДНФ функции

 .

 

                           2.4. Проверка минимизации с помощью программы EWB

Для этого воспользуемся логическим преобразователем.

Необходимо записать в логический преобразователь исходную функцию вида:

 

 

 

Для преобразования таблицы истинности в логическое выражение в СДНФ необходимо нажать кнопку

 

 

 

Получили СДНФ

 

Для упрощения исходной функции необходимо нажать на кнопку  и получим упрощенное логическое выражение

 

 

 

 

 

 

 

Упрощенная схема будет иметь следующий вид:

 

 

Как видно результаты минимизации по методам Квайна, Квайна-Мак-Класки и при помощи программы EWB совпадают, что говорит о правильной минимизации исходной функции.

Вывод

В первой части моего курсового проекта описывается устройство и принцип действия контроллера ГАММА – 8М, представляющего собой микропроцессорный прибор на основе однокристальной микро-ЭВМ (ОМЭВМ). ГАММА-8М   предназначен   для подключения    к    нему    двух   датчиков    уровня    ультразвуковых, датчиков температуры многоточечных    или    датчиков    избыточного   давления    производства ЗАО "Альбатрос" любых модификаций в любой конфигурации.

Контроллер обеспечивает обработку поступающих от датчиков сигналов, расчет и индикацию измеренных параметров с помощью семисегментных светодиодных индикаторов.

Прибор имеет в своем составе три узла: ячейка сопряжения с датчиками(ЯСД4), ячейка вычислительная(ЯВ3)  и ячейка индикации(ЯИ5).

В расчетной части выполнил минимизацию функции методами Квайна и Квайна-Мак-Класки. Расчеты проверил на логическом преобразователе, путем минимизации функции СДНФ.