СКАЧАТЬ:  gdi4.zip [903,09 Kb] (cкачиваний: 39)

Содержание.

1. Введение......................................................................................................... 3

2. Теоретическая часть...................................................................................... 5

          2.1 Общие сведения. Прибор скважинный для гидродинамических исследований ГДИ-4................................................................................................................. 5

          2.2 Технические данные ГДИ-4 и ГДИ-4С............................................. 6

          2.3 Устройство и работа прибора ГДИ-4.............................................. 8

          2.4 Порядок работы ГДИ-4.................................................................... 9

          2.5 Общие сведения о мультиплексорах.............................................. 20

3. Расчетная часть............................................................................................ 21

3.1 Синтез систем логического управления на микросхемах

средней степени интеграции............................................................................ 21

3.2 Алгоритм синтеза СЛУ на мультиплексорах при полном и неполном разложении булевых функций............................................................................................. 22

3.3 Cинтеза СЛУ на мультиплексорe 591KН3 при полном и неполном разложении булевых функций............................................................................................. 24

4. Заключение.................................................................................................. 28

5. Список использованной литературы.......................................................... 30

Введение

Современная научно-техническая революция отличается бурным развитием и широким внедрением автоматического управления во всех отраслях производства.

Автоматизированные системы управления предусматривают не  только замену мускульной энергии человека при выполнении различных операций на технологических объектах, но и освобождение человека от выполнения производственных функций, связанных с его умственной деятельностью. Такими операциями являются сбор, запоминание и переработка информации, в том числе выполнение вычислительных операций и выработка управляющих сигналов. Кроме того, к таким операциям относится контроль за ходом технологического процесса.

Следовательно, важнейшее условие нормального функционирования системы автоматического управления — получение информации, правильно отражающей состояние объекта управления, ход технологического процесса.

Успехи в развитии отечественной нефтяной и газовой промышленности в значительной степени стали возможны вследствие создания и развития отечественного нефтяного приборостроения.

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.

В нашем курсовом проекте нами рассматривается скважинный прибор для гидродинамических исследований-ГДИ-4. Этот прибор предназначен для исследования нагнетательных и эксплуатационных скважин при контроле за  разработкой нефтяных  месторождений.

Этот прибор включает в себя расходомер на схеме ГДИ-4С-01, выполненной на операционных усилителях 574УД2 и 140УД17, АЦП на схеме ГДИ-4С-04, выполненной на аналоговом мультиплексоре 591КN3, 4-хканальном ключе 590КN5, усилителе 140УД17 и компараторе 521СА3, Манчестер 2 на схеме ГДИ-4С-05, выполненной на счетчиках 564IE10, счетных Т-тригерах 564ТМ2, логических элементах ИЛИ-НЕ и НЕ, адаптером в качестве которой используется микросхема с внутренним кварцевым генератором 588VG6, стабилизатора напряжения KR1412EN214 и DC/DC-преобразователей TMA2415S, локатор муфт на схеме ГДИ-4С-02, выполненной на операционных усилителях 140УД20 и 140УД6, термометр, дебитомер, манометр на схеме ГДИ-4С-06, выполненной на транзисторах КТ501Д, усилителях 140УД17, Формирователь ГК и Стабилитрона  на схемах ГДИ-4С-08 и ГДИ-4С-19 соответственно, выполненной на усилителях 574УД1, компараторах 521СА3 и транзисторах КТ817Г и 2Т613А, а также фотоумножителя ФЭУ102.

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения. Прибор скважинный для гидродинамических исследований ГДИ-4

Прибор скважинный   для   гидродинамических   исследований скважин ГДИ-4 (в дальнейшем - прибор)  предназначен  для исследования нагнетательных и эксплуатационных скважин при контроле за  разработкой нефтяных  месторождений.  Прибор  рассчитан на работу в комплексе с геофизической станцией,  укомплектованной компьютеризированным  каротажным  комплексом  "Гектор" или  наземным прибором ГКС-1Н.

В качестве  линии  связи  с наземным прибором используется одножильный  бронированный  геофизический  длиной до 3500 м.

За один рейс к объекту исследования прибор  позволяет  одновременно измерять температуру,  давление, расход жидкости, индицировать слабые притоки жидкости (0,1 - 10) м³/ч, с помощью термоиндикатора, производить гамма-каротажа и локацию муфт обсадной колонны.

Рабочие условия применения:

температура окружающей среды -

прибора ГДИ-4 - от плюс 5°С до 12°С;

прибора ГДИ-4Б - от плюс 5°С до 85°С;

наибольшее гидростатическое давление 40 МПа.

ток питания прибора не более 300мА.

мощность потребляемая прибором от источника тока не более 15Вт.

максимальное гидростатическое давление 40МПа.

диаппазон измерения давления 0,1-40МПа

диаппазон измерения абсолютных значений температуры от +5 до +120^оС

Прибор должен обеспечивать не менее, чем трехкратное превышение амплитуды сигнала от муфты обсадной колонны по отношению к фоновому значению сигнала при скорости каротажа 500 м/ч.

1.3 Устройство и работа прибора ГДИ-4

Прибор состоит из трех  модулей,  представляющих  собой законченную сборочную единицу.

Первый модуль-датчик расходомера.  В его нижней части находится стержень с наконечником и пружинным центратором. Стержень вворачивается в корпус  фонаря и фиксируется винтом.  В фонарь вставляется турбинка. В верхний конец фонаря  вворачивается  обтекатель, имеющий агатовый  подпятник  для  турбинки.  В отверстие на резьбе устанавливается кожух с катушкой датчика, имеющий уплотнительные кольца для герметизации внутренней полости прибора. Головка модуля, с парой уплотнительных колец и однополосным контактным   разъемом  имеет  резьбовое  окончание  с помощью которого жестко соединяется со  вторым  модулем.  На оси тахометрической турбинки установлен магнит, который должен находиться на уровне нижнего конца катушки датчика.  Регулировка положения турбинки  осуществляется винтом в нижней части фонаря через центральное отверстие.

Основным несущим элементом второго модуля является корпус датчиков.  В корпусе  непосредственно  установлены датчики термометра,  термодебитомера и манометра.  Через отверстие в ребре корпуса проходят провода соединения локатора муфт и  канала  ГК распаевыемые на расшивочную плату.К нижнему (слева) концу корпуса  датчиков  винтами  закреплено корытообразное шасси.  На  шасси смонтированы печатные платы расходомера, плата АЦП, плата преобразователя "Манчестер II",  платы блока питания,  плата локатора, плата манометра, плата термометра и термоиндикатора притока, трансформаторы и дроссель.  Перед стыковкой с первым или третьим модулем на второй модуль необходимо навернуть охранные кожуха. Правая половина второго модуля собирается следующим образом.  На свободный конец корпуса датчиков наворачивается датчик локатора муфт. К его свободному концу крепится корытообразное шасси канала ГК, на котором располагаются все элементы этого  канала:  детектор  с фотоумножителем, платы трансформатора, элементы схемы высоковольтного питания. Шасси заканчивается узлом однополостного контактного разьема.

Третий конструкционный модуль представлен приборной головкой диаметром 36 мм со штатным резьбовым окончанием и разъемом под трехжильный или одножильный кабель.

Герметизация всех элементов конструкции осуществляется с помощью резиновых уплотнительных колец за исключением датчика давления, где герметизация осуществляется прокладкой из электротехнической отожженной меди. Внимание! Перед разборкой узла датчиков с целью замены или ремонта датчиков необходимо предварительно     отпаять соединительные провода от расшивочной колодки во избежание их обрыва.

1.4 Порядок работы ГДИ-4

Прибор совместно с наземным компьютеризированным каротажным комплексом "Гектор" представляет собой многоканальную скважинную телеизмерительную систему (ТИС) с кодо-импульсной модуляцией и временным разделением каналов. Число каналов прибора - шесть: канал измерения температуры, канал измерения давления, канал измерения расхода жидкости, канал термоиндикации притока жидкости, канал локации муфт и канал ГК.

Функциональная схема прибора представлена на рис.1.

В состав прибора входят шесть первичных датчиков 1-6 и шесть нормирующих преобразователей 7 - 12 (соответственно числу каналов), а также следующие функциональные устройства: коммутатор 13, формирователь адреса 14, блок управления 15, аналого-цифровой преобразователь 16, адаптер мультиплексного канала 17, источник опорного напряжения 18, блок питания 19 и передатчик 20. В качестве линии связи прибора с наземной, аппаратурой служит одножильный бронированный геофизический кабель.

Прибор работает следующим образом. Значения параметров физических полей скважины (температура, давление, скорость потока и т. д.) с помощью первичных датчиков 1-6 преобразуются в электрические сигналы. Электрические сигналы с датчиков 1 - 6 поступают на входы соответствующих нормирующих преобразователей 7 - 12, в которых эти сигналы преобразуются в напряжения постоянного тока нормированного уровня. Аналогичные сигналы с выходов нормирующих преобразователей каждого канала поступают на входы аналогового коммутатора 13. Для контроля работы  в приборе предусмотрена также  передача нулевого сигнала аналого-цифрового преобразователя 16 и  стандарт-сигнала.

По тактовым импульсам блока управления 15 формирователь адреса 14  формирует адрес нулевого сигнала в двоичном трехразрядном параллельном коде,  который поступает в аналоговый коммутатор 13 и адаптер 17. Коммутатор 13 замыкает вход аналого-цифрового преобразователя 16 на общий провод  (сигнальную "землю"), В аналого-цифровом преобразователе 16 аналоговый нулевой сигнал преобразуется в двоичный цифровой  код. С выхода аналого-цифрового преобразователя 16 информация (данные) в двоичном параллельном шестнадцатиразрядном коде  поступают в адаптер 17. В адаптере 17 двоичный параллельный код преобразуется в  последовательный  фазоманипулированный  код Манчестер II. С выхода адаптера 17 информация в коде Манчестер II поступает в передатчик 20 и далее по  линии  связи  в наземную аппаратуру. По окончании передачи данных адаптер 17 извещает об этом блок управления 15. С блока управления 15 в адаптер 17 поступают управляющие сигналы на передачу адреса. Передача адреса осуществляется старшими разрядами кода. После передачи нулевого сигнала и его адреса,  формирователь 14 формирует адрес стандарт-сигнала. Коммутатор 13 от источника опорного напряжения 18 подает на вход цифро-аналогового преобразователя 16 напряжение стандарт-сигнала,  происходит передача стандарт-сигнала  и  его адреса.  Затем формирователь адреса 14 последовательно формирует адреса каналов. Передается информация каналов. Передача  осуществляется  в  том же порядке - сначала передаются данные канала,  затем адрес. По завершению опроса всех каналов,  цикл передачи автоматически повторяется начиная с передачи ноль-сигнала.

Рис. 1. Функциональная схема ГДИ-4.

Принцип работы составных частей прибора.

Работа электронных устройств прибора  изложена согласно их монтажа на печатных платах,  выделенных на принципиальной электрической схеме ГДИ-4 штриховыми линиями. Схема представлена в приложении.

Канал измерения расхода жидкости.

Слева на  принципиальной  схеме  изображены электронные устройства канала измерения расхода жидкости, смонтированные на плате ГДИ-4С-01.  Первичным датчиком скорости потока жидкости G1,  является тахометрическая  турбинка  с  постоянным магнитом в  оси турбинки и катушка индуктивности с сердечником из пермаллоевой ленты, расположенная против магнита.

На плате ГДИ-4С-01 смонтированы генератор высокочастотных гармонических колебаний на транзисторе  VТ1, амплитудный детектор на  диоде VD1,  компаратор на первом усилителе микросхемы DА1,  ждущий мультивибратор на втором усилителе микросхемы DА1 и аналоговый интегратор на микросхемах DА2, DА3.

Катушка индуктивности датчика G1 совместно  с конденсаторами C1, С2 образует колебательный контур, включенный в цепь базы транзистора VT1.  Привращении турбинки, за счет  воздействия магнитного поля  на  сердечник  катушки происходит модуляция высокочастотных колебаний генератора  с  удвоенной  частотой вращения турбинки.  Колебания этой частоты выделяются амплитудным детектором VD1, С6, R5 и подаются на вход компаратора DА1 (вывод 3). Компаратор преобразует низкочастотные колебания с выхода детектора в колебания  прямоугольной  формы.  С выхода компаратора через дифференцирующую цепочку С7, R9 запускается ждущий мультивибратор,  выполненный на втором усилителе DА1.  Ждущий мультивибратор вырабатывает импульсы отрицательной полярности    нормализованной   амплитуды    и длительности. Частота следования  импульсов равна удвоенной частоте вращения турбинки. C выхода мультивибратора импульсный сигнал  через  конденсатор С9,  диод VDЗ и резистор R15 поступает на вход интегратора,  где преобразуется в напряжение постоянного  тока,  пропорциональное  скорости  вращения турбинки. С выхода интегратора  напряжение  постоянного  тока поступает на вход аналогового коммутатора.

Питание высокочастотного генератора осуществляется напряжением + 15В, компаратора, ждущего мультивибратора и интегратора - напряжением +/- 15 В; цепи смещения компаратора и ждущего  мультивибратора запитаны от  источника опорного напряжения + 10 В.

Канал локации муфт.

Нормирующий преобразователь локатора муфт смонтирован на плате ГДИ-4С-02. На этой же плате смонтирован источник опорного напряжения +10 В. Первичным датчиком канала локации муфт G3 служит магнитоэлектрическая система, состоящая из постоянных кольцевых магнитов и катушки, намотанной на сердечнике из магнитомягкой стали.  При прохождении муфт прибором в катушке наводится электрический сигнал, который поступает на вход пикового детектора, выполненного на микросхеме DА1 и диодах VD1, VD2. Коэффициент передачи детектора за счет обратной связи R2, R3 больше единицы.  Положительным полупериодом сигнала заряжается конденсатор С1. Напряжение заряда храниться в течение времени, необходимого для преобразования сигнала в цифровой код. С выхода пикового детектора напряжение сигнала поступает на вход аналогового коммутатора. Источник опорного напряжения выполнен на операционном усилителе ОА2. Он представляет собой линейный стабилизатор постоянного тока последовательного действия. В обратную связь усилителя включен стабилитрон VDЗ с малым ТКН. Выходное напряжение стабилизатора порядка (9-10) В.  На выходе стабилизатора включен делитель напряжения R2, RЗ, с которого на вход аналогового коммутатора подается   напряжение   стандарт-сигнала. Питание пикового детектора осуществляется напряжением +/-15 В; стабилизатора - напряжением + 15 В.

Канал измерения температуры, канал термоиндикации притока и канал измерения давления.  

Нормирующие преобразователи каналов, представляющие собой двухкаскадные усилители постоянного тока, смонтированы на плате ГДИ-4С-06.

В канале измерения температуры первичным датчиком G4 служит термометрический чувствительный вольфрамовый элемент ЭЧВ, номинальным сопротивлением 100 Ом. Резистор R1, датчик G4 и резисторы R2, Rб образуют мост постоянного тока. Питание моста осуществляется от источника опорного напряжения + 10 В. К измерительной диагонали моста через резисторы RЗ, R4 подключены входы дифференциального усилителя DА1. Балансировка дифференциального усилителя DА1 осуществляется подбором резисторa  R6. С выхода усилителя DА1 через резистор R9 сигнал поступает на вход инвертирующего усилителя DА2 и с его выхода - на вход аналогового коммутатора. Коэффициент усиления усилителя DА2 устанавливается подбором резисторов R10, R11.

В канале термоиндикации притока жидкости первичным датчиком G5 также является ЭЧВ номинальным сопротивлением 100 Ом. Этот резистор подключен к цепи питания + 27В и служит в качестве подогревателя ЭЧВ. ЭЧВ G5 через резистор R14 подключен к напряжению + 15 В. Инвертирующий вход дифференциального усилителя DА2 подключен через резистор К 15 к G4 канала измерения температуры, а не инвертирующий выход - к ЭЧВ G5. Такое включение дифференциального усилителя   уменьшает влияние температуры окружающей среды на показания термоиндикатора притока. С выхода дифференциального усилителя DА2 сигнал поступает на вход аналогового коммутатора. Коэффициент усиления усилителя устанавливается подбором резистора R21.

В канале измерения давления первичным датчиком G6, преобразующим давление жидкости в электрический сигнал тензометрический датчик давления.   Питание датчика G6 осуществляется от источника тока на транзисторе VТ1. С датчика G6 сигнал поступает на входы дифференциального усилителя DА3 и с его выхода на инвертирующий вход суммирующего усилителя DА4.  На этот же вход с целью температурной компенсации сигнала через резистор R29 подано постоянное напряжение из цепи питания датчика G6. Питание усилителей каналов измерения температуры, термоиндикации притока и измерения давления осуществляется напряжением +/- 15 В.

Канал гамма-каротажа (ГК).

Первичным датчиком G8 канала ГК, преобразующим  излучение в импульсы напряжения, служит сцинтиляционный детектор, состоящей из фотоумножителя ФЭУ 102 и кристалла.

Импульсы напряжения отрицательной полярности с анода ФЭУ поступают на вход двухканального импульсного усилителя. Первый каскад усилителя выполнен на транзисторе VТ5.  С целью уменьшения электрических наводок первый каскад смонтирован на панели   делителя   напряжения   питания ФЭУ.  На плате ГДИ-4С-08 смонтированы второй каскад импульсного усилителя, формирователь импульсов и аналоговый интегратор. Второй каскад импульсного усилителя выполнен на микросхеме DА4.  С нагрузки R2 первого каскада импульсы напряжения положительной полярности поступают на вход  второго каскада и с его выхода - на вход формирователя импульсов. Формирователь импульсов выполнен по схеме ведущего мультивибратора на микросхеме DА1.  Время дающие элементы СЗ, R8 включены в цепь положительной обратной связи мультивибратора.  Диод VD3 служит для уменьшения времени восстановления мультивибратора. С выхода мультивибратора DА1, нормализованные по длительности и амплитуде импульсы напряжения отрицательной полярности поступают на вход интегратора, выполненного на микросхемах DА2, DА3. Интегратор преобразует импульсный сигнал в напряжение постоянного тока, пропорциональное частоте следования импульсов. С выхода интегратора напряжение поступает на вход аналогового коммутатора.

Питание усилителей, формирователей импульсов и интегратора осуществляется от источника напряжения +/- 15 В.

На плате ГДИ-4С-19 смонтированы стабилизатор и высоковольтный преобразователь     напряжения    питания.

Преобразователь напряжения выполнен по двутактовой схеме с внешним возбуждением на транзисторах VТЗ, VТ4, трансформаторе Т2 и микросхеме DD1. В качестве задающего генератора служит мультивибратор на микросхеме DD1.  Колебания прямоугольной формы поступают на базы транзисторов усилителя мощности. Со вторичной обмотки трансформатора напряжение прямоугольной формы поступает на умножитель напряжения, смонтированный на плате ГДИ-4С-09.  В качестве умножителя включен RС фильтр (R1, R2, С1, С2,C3). С выхода фильтра высокое напряжение поступает на делитель R11… R13 и катод ФЭУ.

Работу аналогового коммутатора, аналогo-цифрового преобразователя, формирователя   адреса, блока управления, адаптера и передатчика рассмотрим совместно.  Эти устройства смонтированы на двух печатных платах: ГДИ-4С-04 и ГДИ-4С-05.

На плате ГДИ-4С-04 смонтированы аналоговый коммутатор на микросхемах DD1, DD2, интегратор DА1 и компаратор DА2, VT1,   аналогo-цифрового   преобразователя. На   плате ГДИ-4С-05 смонтированы шестнадцатиразрядный двоичный счетчик аналогo-цифрового преобразователя на микросхемах DD1, DD4; формирователь адреса на микросхеме DD5.1; блок управления на микросхемах DD2, DD3, DD5.2, DD6; адаптер DD7 и передатчик на микросхеме DD8 и транзисторах VТ1, VТ4.  Выходной трансформатор передатчика Т2 и дроссель, через который осуществляется питание выходных каскадов передатчика установлены на   шасси   прибора.   Формирователем   адреса    служит трехразрядный двоичный счетчик DD5.1.

В качестве адаптера использована микросхема 588VG6 с внутренним кварцевым генератором.  Частота колебаний генератора определяется внешними частотнозадающими элементами C3, RЗ, С4, С5. С выхода GN1 генератора счетные импульсы поступают на вход СР счетчика DD1.1.  На адресные входы А2, АЗ,А4  DD7 с формирователя адреса DD5.1 поступает код адреса.

Входы данных ВIТ DD7 шестнадцатиразрядной шиной данных соединены с соответствующими разрядами счетчиков DD1, DD4.  На управляющие входы ЕWR1, ЕWR2, STD, STINS поступают логические сигналы с блока управления. С выхода ССRG DD7 в блок управления поступает логический сигнал о заполнении кодера DD7. С выходов INSB и DINS информация в коде Манчестер II через инверторы DD8 поступает на базы транзисторов VТ1, VТ4 передатчика. Питание аналоговых микросхем, установленных на плате ГДИ-4С-04 осуществляется от источника +/- 15 В; питание цифровых микросхем, установленных на плате ГДИ-4С-05 от источника + 15 В.

Напряжение питания  выходных  транзисторов  передатчика VT1, VT4,  поступающее  с головки прибора через дроссель, составляет +27B.

Порядок работы электронных устройств, размещенных на платах ГДИ-4С-04, ГДИ-4С-05.

При включении  питания  прибора генератор на микросхеме DD3.2. блока управления вырабатывает одиночный импульс положительной полярности, которым триггер DD2.2.  устанавливается в  соответствие "1", а триггеры  DD6.1 и  DD6.2  в  состояние "0".  С триггера DD2.2. на базу транзистора VТ1 компаратора поступает  стробимпульс положительной полярности, компаратор DА2 переходит в состояние "1"  и переводит  триггер  DD2.1 в состояние "0". В результате переключения триггеров DD2, DD6 на входы R счетчиков DD1, DD4.1, DD5.2- подается низкий уровень напряжения, а на вход  СN счетчика DD1.1 - высокий уровень.  Счетчики DD1,DD4.1 и DD5.2 начинают отчет времени первого такта  интегрирования. Одновременно  с этим на разрешающий вход V мультиплексора DD1 с триггера DD2.1 подается высокий  потенциал,  а  на вход А1 DD2 - низкий.  В соответствии с кодом адреса замыкается один из ключей DD1 и первый ключ DD2. Аналоговый сигнал со входа DD1 через замкнутые ключи подается на вход интегратора, происходит интегрирование входного сигнала.  После завершения первого такта интегрирования счетчик DD5.2 устанавливает триггер DD2.2 в состояние "0".,  а триггер DD6.1  -  в состояние "1".  Триггер DD2.2  по входу СР блокирует счетчик DD5.2 и низким потенциалом на базе транзистора VT1 подготавливает компаратор DА2 к работе.  Триггер DD6.1 высоким потенциалом переключает счетчик DD5.1, сбрасывает счетчик DD5.2, по входу  А1  выключает первый ключ компаратора DD2.  Низким потенциалом триггер DD6.1 по входам R разрешает работу  счетчика DD4.2 триггера и разрешает выбор данных адаптеру DD7.

Низким потенциалом по входу А2 замыкается второй  ключ  микросхемы DD2  и  на вход интегратора DА1 через резисторы R10,R12, R16 от стабилитрона VD1 подается напряжение "минус" 9В. Начинается второй такт интегрирования. Во время второго такта интегрирования  производится  счет  импульсов  счетчиками DD1, DD4, тем самым амплитуда входного сигнала преобразуется в цифровой код. При переходе выходного напряжения интегратора DА1 через "ноль", выходное напряжение компаратора DА2 скачком спадает до нуля. Низким выходным напряжением блокируется работа счетчика DD1.1. Перепадом напряжения "0" , "1" через инвертор DD3.3  переключается триггер DD6.2 с инверсного выхода триггера DD6.2 на адаптер DD7 поступает команда "пуск данных", а с прямого выхода через сборку DD3.4. - "запись байтов". Информация со счетчиков DD1, DD4 переносится во внутренние регистры адаптера. В адаптере DD7 двоичный параллельный код преобразуется в последовательный код Манчестер II, который с выходов INSD и DINS поступает в передатчик и с вторичной обмотки трансформатора Т2 по жиле кабеля передается в наземную аппаратуру.

После окончания передачи данных с выхода CCRG адаптера DD7 поступает логический сигнал низкого уровня, который положительным перепадом по входу "С" переводит триггер DD6.1 в нулевое состояние.  Триггер DD6.1 по входу"R"запрещает работу счетчика DD4.2, триггер DD6.2 переводится в состояние "0", а триггер 002.1 по входу "С" переводится в состояние "1" и запрещает работу счетчикам DD1 и DD4.1. На вход SEINS адаптера DD7 с триггера DD6.1 поступает логический сигнал "выбора команды", с элемента DD3.4 на входы EWR1, EWR2 - сигнал "запись байтов", а с элемента DD3.1 на вход SEINS - "пуск команды". Производится передача адреса. Одновременно с этим на вход "V" коммутатора DD1 и на вход А4 коммутатора DD2 подается низкий уровень напряжения.  Все ключи DD1 закрываются, а четвертый ключ DD2 открывается и подает на вход интегратора DА1 напряжение + 5 В. Происходит перезаряд конденсатора С1. При переходе выходного напряжения интегратора DА1 через ноль, срабатывает компаратор DА2, триггер DD2.1 переходит в состояние "0", а триггер DD2.2 .- в состояние "1". Счетчики DD1, DD4.1 и DD5. 2 начинают отcчет времени первого такта интегрирования. Одновременно коммутаторы DD1 и DD2 подключают ко входу интегратора DА1 сигнал следующего канала.  Далее процесс преобразования сигнала и передача информации происходит в том же порядке.

Блок питания состоит из преобразователя постоянного напряжения,  выпрямителей,  фильтров и стабилизаторов выходных напряжений. Блок питания смонтирован на двух печатных платах: ГДИ-4С-11 и ГДИ-4С-07.  На плате ГДИ-4С-11 смонтирован двухтактный преобразователь напряжения постоянного тока.

На микросхеме DА1 выполнен задающий генератор, а на транзисторах VТ1,  VТ2 и трансформаторе Т3 - усилитель  мощности.

Трансформатор Т3 установлен на шасси прибора. Питание преобразователя   осуществляется   напряжением  +27 В. На плате ГДИ-4С-07 смонтированы выпрямители, фильтры и стабилизаторы выходных напряжений. На диодном блоке VD3 выполнен выпрямитель +/- 20 В, а на диодном блоке VD4 - выпрямитель +/-10 В. Стабилизация выходных напряжений осуществляется интегральными двухполярными стабилизаторами 142 ЕN2.  На микросхеме DА2 выполнен стабилизатор +/-15 В,  а на микросхеме DA3-стабилизатор +/-5  В.  Установка  напряжения +/- 5 В осуществляется резистором R9.

1.5 Общие сведения о мультиплексорах

Мультиплексором назы­вается комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от нескольких источников ин­формации в один выходной канал.

Типовое применение мультиплексора — это передача информа­ции от нескольких разнесенных в пространстве источников (дат­чиков) информации на вход одного приемника. Предположим, что измеряется температура окружающей среды в нескольких поме­щениях и результаты этих измерений должны быть введены в од­но регистрирующее устройство, например ЭВМ. При этом, так как температура изменяется медленно, для получения достаточ­ной точности совсем не обязательно измерять ее постоянно. До­статочно иметь информацию через некоторые фиксированные про­межутки времени. Главное при этом, чтобы промежуток между двумя измерениями был существенно меньше постоянной време­ни, характеризующей изменение температуры в контролируемом помещении. Именно эту функцию, т. е. подключение различных источников информации к одному приемнику по заданной коман­де, и выполняет мультиплексор. Информацию, разнесенную в про­странстве, он преобразует к виду с разделением во времени.

Согласно определению, мультиплексор должен иметь один вы­ход и две группы входов: информационные и адресные. Код, по­даваемый на адресные входы, определяет, какой из информацион­ных входов в данный момент подключен к выходному выводу. Поскольку n-разрядный двоичный код может принимать 2ⁿ значе­ний, то, если число адресных входов мультиплексора равно n, число его информационных входов должно равняться 2ⁿ.

2. Расчетная часть

2.1 Синтез систем логического управления на микросхемах

средней степени интеграции 

При проектировании систем логического управления на осно­ве СИС выделяются два основных направления: первое связано с исследованием возможностей применения серийных типовых СИС — сумматоров, дешифраторов, мультиплексоров, счетчиков, регистров и др.; второе—с применением и разработкой универ­сальных и специализированных многофункциональных логических модулей (МФЛМ) различного назначения.

Учитывая наличие большого числа работ по синтезу СЛУ на основе сумматоров, счетчиков, регистров, специализированных ло­гических модулей, например [19, 21, 26, 35], рассмотрим более подробно вопросы синтеза комбинационных схем на основе муль­типлексоров и других элементов.

Построение логических схем на мультиплексорах и вспомога­тельных элементах обычно ведется в виде древовидных, цепочеч­ных, каскадных структур, отличающихся способами функциональ­ного разделения и разложения булевых функций (БФ). Наиболее часто на практике применяется разложение БФ по методу Шен­нона, имеющему вид

где f₀,f₁,…,f₂^k-1—остаточные функции (ОФ) разложения, которые получаются из функции f путем подстановки констант 0 и 1 вместо переменных множества {x_i1x_i2…x_ik}: для f₀ имеем x_i1=x_i2=…=x_ik=0; для f₁ имеем х_i1=х_i2= ... = x_ik-1=0 x_ik=1; для x₂^k_-1 имеем x_i1=x_i2=…=x_ik=1.

Разложение БФ является одним из трудоемких этапов проек­тирования логических схем на мультиплексорах, так как получение экономичного (оптимального) решения связывается с частичным или полным перебором вариантов разложения БФ по определенному числу переменных, причем в зависимости от сложности, реализуемых на мультиплексорах булевых функций процесс раз­ложения БФ является многоступенчатым, выполняемым до мо­мента полного сведения получаемых остаточных функций БФ к простейшему виду. 

Рассмотрим некоторые из машинно-ориентированных алгоритмов синтеза СЛУ на мультиплексорах с использованием методов разложения БФ по Шеннону и теории чисел.

2.2 Алгоритм синтеза СЛУ на мультиплексорах при полном и неполном разложении булевых функций

Для компактности предоставления булевых функций, записываемых, как правило, в громоздкой двоичной форме, в дальнейшем будем использовать цифровую десятичную форму записи с обозначением ею отдельных термов (конъюнкций) БФ, имеющих место в двоичной форме. 

Например, пусть булева функция имеет вид

Тогда в десятичной форме эту БФ можно записать в виде множества {r_k}:

С учетом специфики работы мультиплексоров и конструктивных особенностей их реализации с числом управляющих входов q (q= 2,4) и информационных входов, равным 2^q (4, 8, 16), разложение заданной БФ можно вести по двум, трем или четырем переменным. Тогда при построении логической схемы на мультиплексорах эти переменные должны подключаться к управляющим входам, а ОФ разложения — к информационным входам соответствующего МХ. Если образуемые в результате первого шага разложения остаточные функции имеют нетривиальный вид, то процедура разложения каждой из получаемых на очередном шаге ОФ должна повторяться вплоть до момента превращения их в тривиальные, а именно:

Остаточные функции разложения Q_t по последним, двум {x_n-1x_n}, трем {x_n-2x_n-1x_n},  четырем {х_n-3х_n-2x_n-1х_n} переменным из булевой функции f(x₁,x₂,…,x_n) могут быть вычислены по формулам:

где t=0,1,...,2^q—1; Е(r^k/2^q)—целая часть от деления r^k/(2q); F(r^k/(2q))—остаток от деления r^k/(2q); {r^k}—множество термов БФ; q—число переменных, по которым разлагается заданная БФ.

Как отмечалось, при построении логической схемы на МХ, реализующей заданную БФ, возможны два случая:

а) n<=q;

б) n>q.

В первом случае БФ реализуется схемой, состоящей из одного мультиплексора, в которой q переменных (х_n-q,..., х_п) подключаются к управляющим входам МХ, а на информационные его входы подаются константы 0 (если данный терм в функции отсутствует) или 1 (если он присутствует).                                                                                                   Таблица 1

Во втором случае процесс построения логической схемы на мультиплексорах производится по результатам разложения заданной БФ. В результате первого шага разложения исходной БФ f(x₁,…,x_n) по q переменным получается совокупность ОФ, которые зависят уже только от п—q переменных. Последующие шаги разложения уменьшают каждый раз число переменных в ОФ на q, вплоть до получения в процессе разложения ОФ тривиального вида. Таким образом, число шагов разложения БФ соответствует числу ярусов схемы на мультиплексорах с подключением на управляющие входы МХ тех переменных, по которым производилось разложение; на информационные входы МХ последнего яруса подаются одиночные переменные х_i или _i а также сигналы логического нуля (лог. 0) или логической единицы (лог. 1) исходя из вида получаемых тривиальных ОФ:

2.3 Cинтез СЛУ на мультиплексорe 591KН3 при полном и неполном разложении булевых функций.

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

F(x₁…x₅)=S(0,1,3,5,8,10,13,16,18,20,21,24,25,28,29,31)

и выбрать наилучшую  реализацию  по критерию минимума аппаратных затрат. В качестве элементной базы использовать МХ  591 серии микросхем.

Согласно приведенному выше алгоритму произведем  разложение  заданной БФ  по двум, трем и четырем переменным, сводя результаты расчетов в таблицы.

1. Вариант разложения БФ по двум переменным {х₄ х₅} приведен в таблице 2.                                                                                              

Таблица 2

На первом шаге  разложения  БФ получим следующие ОФ:

Q₀=(0,2,4,5,6,7); Q₁=(0,1,3,5,6,7); Q₂=(2,4); Q₃=(0,7)

Так как все ОФ имеют нетривиальный вид, необходимо продолжить разложение. На втором шаге в качестве исходных данных {r¹_k} рассматриваются  слагаемые каждой  из полученных на первом шаге разложения  остаточных функций Q_t (таблица 2). Разложение  БФ  продолжим  по двум переменным, так как схема получится более экономичной.

  Таблица 3

На втором шаге разложения БФ  имеем следующие ОФ:

Так как ОФ, полученные на втором шаге, являются тривиальными, то процесс разложения БФ заканчивается и ее можно реализовать двухъярусной схемой из МХ с q=2. Из-за того, что в микросхемах серии К591 нет мультиплексоров с 2-мя управляющими входами, то для схемной реализации БФ я применил МХ  из серии К590.  Схемная реализация на МХ типа К590КН3 приведена на рисунке 2.

Рис.2 Схемная реализация булевой функции на МХ К590КН3.

2. Вариант разложения  БФ по трем переменным  приведен в таблице 4.

                                                                                                     Таблица 4.

Таким образом, после первого шага разложения БФ по трем переменным получили следующие ОФ:

Q₀=(0,1,2,3); Q₁=(0,3); Q₂=(1,2); Q₃=(0); Q₄=(2,3); Q₅=(0,1,2,3); Q₆=Æ; Q₇=(3)

Так как  основная часть ОФ имеет нетривиальный вид, это свидетельствует о нецелесообразности  дальнейшего разложения БФ и ее схемной реализации. Для реализации потребовалось бы большое количество мультиплексоров.

3. Вариант разложения БФ по четырем переменным {x₂, x₃, x₄, x₅} приведен в таблице 5.

                                                                                                 Таблица 5.

После первого шага  разложения БФ по четырем переменным получим:

Q₀=S(0,1); Q₁=S(0); Q₂=S(1); Q₃=S(0); Q₄=S(1); Q₅=S(0,1); Q₆=Æ; Q₇=Æ; Q₈=S(0,1); Q₉=S(1); Q₁₀=S(0); Q₁₁=Æ; Q₁₂=S(1); Q₁₃=S(0,1); Q₁₄=Æ; Q₁₅=S(1)

Поскольку все ОФ получились тривиальными, разложение БФ заканчивается. БФ можно реализовать на одном МХ с q=4.Схемная реализация приведена на рисунке 3. 

Рис 3. Схемная реализация булевой функции на МХ К591КН3

Заключение

В первой части моего курсового проекта описывается устройство и принцип действия скваженного прибора для гидродинамических исследований ГДИ-4.

ГДИ-4 предназначен  для исследования нагнетательных и эксплуатационных скважин при контроле за  разработкой нефтяных  месторождений.  Прибор  рассчитан на работу в комплексе с геофизической станцией,  укомплектованной компьютеризированным  каротажным  комплексом  "Гектор" или  наземным прибором ГКС-1Н.

Прибор состоит из трех  модулей,  представляющих  собой законченную сборочную единицу.

Первый модуль-датчик расходомера.  В его нижней части находится стержень с наконечником и пружинным центратором. Стержень вворачивается в корпус  фонаря.  В фонарь вставляется турбинка. В верхний конец фонаря  вворачивается  обтекатель.  В отверстие на резьбе устанавливается кожух с катушкой датчика. Головка модуля имеет  резьбовое  окончание,  с помощью которого жестко соединяется со  вторым  модулем.

Основным несущим элементом второго модуля является корпус датчиков, где установлены датчики термометра,  термодебитомера и манометра.  Через отверстие в ребре корпуса проходят провода соединения локатора муфт и  канала  ГК. К нижнему концу корпуса  датчиков  винтами  закреплено корытообразное шасси.  На  шасси смонтированы плата расходомера, АЦП, преобразователя "Манчестер II", блока питания,   локатора, манометра, термометра и термоиндикатора притока, трансформаторы и дроссель.

Третий конструкционный модуль представлен приборной головкой со штатным резьбовым окончанием и разъемом под трехжильный или одножильный кабель.

Во второй расчетной части мною были рассмотрены общие сведения о мультиплексорах, а так же была решена задача синтеза булевой функции на мультиплексорах средней степени интеграции с 2-,3-,4-мя управляющими входами.

В приложении приведена принципиальная электрическая схема на формате А1, а так же спецификация к этой схеме.

Список использованной литературы

1. Браммер Ю.А., Пащук И. Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. для студентов электрорадиоприборостроительных сред. спец. учеб. заведений – М.: Высшая школа, 1999 г.

2. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник Т6.

3. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи. – М.: Горячая линия–Телком, 2002 г.

4. Тугашова Л.Г. Томус Ю.Б. Синтез схем дискретной электроники с применением компьютерных технологий(1 часть): Учебное пособие. – Альметьевск: Альметьевский нефтяной институт, 2003 г.