Ім'я файлу: ОКИУ_Кынев_Курс_работа_ч_1 (2).docx
Розширення: docx
Розмір: 164кб.
Дата: 09.12.2021
скачати
Розширення: docx
Розмір: 164кб.
Дата: 09.12.2021
скачати
Государственный университет «Одесская политехника»
Кафедра «Компьютеризированные системы управления»
Курсовая работа по курсу
«Основы компьютерно-интегрированного управления»
Часть1
Выполнил:
студент группы АТ-191
Кынев Е. О.
Проверил: Кисель А. Г.
Одесса 2021
Цель курсовой работы
Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Основы компьютерно-интегрированного управления».
При выполнении курсовой работы студенты должны продемонстрировать знание по основам компьютерно-интегрированного управления, умение синтезировать системы логического управления, проводить их минимизацию, составлять по полученным минимальным формам функциональные схемы, реализовывать их и производить визуализацию работы модели устройства в среде программирования CoDeSys, .
Основное задание по курсовой работе
Исходные данные
Задачей курсовой работы является синтез комбинационного автомата, преобразующего определенную последовательность двоичных кодовых комбинаций на входе в заданную последовательность на выходе. При этом для индикации выходной последовательности используется семиэлементный индикатор.
Структура устройства преобразования приведена на рис.1
Рис.1 Структура комбинационного автомата
Алгоритм работы устройства следующий.
На вход устройства подается последовательность кодовых двоичных сигналов (
). Цифровой автомат преобразует каждый двоичный кодовый набор в некоторую цифру семиэлементного десятичного индикатора, то есть в семиэлементный десятичный код. Этот код служит для "высвечивания" десятичной цифры на цифровом индикаторе, состоящем из семи отдельных элементов (сегментов). Эти сегменты пронумерованы буквами a, b, c, d, e, f, g (см. рис.1).
При подаче напряжения на какой-либо элемент, он "поджигается". Таким образом, для воспроизведения десятичной цифры необходимо подать напряжение на соответствующие сегменты, из которых и высвечивается стилизованное изображение цифры. Например, для высвечивания цифры 2 необходимо подать напряжение на сегменты a, c, d, e, g.
В табл.1 приведены все комбинации сегментов семиэлементного индикатора, которые необходимо "поджигать" для высвечивания всех десятичных цифр.
Таблица 1
 Включенные сегментыФорми-руемая цифра | a | b | c | d | e | f | g |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 3 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 5 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 9 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
Цифрой "1" в таблице отмечены элементы, которые необходимо "поджигать".
В соответствии с вышеуказанным алгоритмом цифровой автомат для каждой двоичной входной комбинации (X1,X2,X3) формирует на выходе набор сигналов F1, F2, … F7, необходимых для высвечивания той или иной десятичной цифры семиэлементного индикатора.
Для трехразрядного входного двоичного набора, количество кодовых комбинаций равно 23=8. Соответственно, данный автомат может последовательно сформировать восемь произвольных десятичных цифр на семиэлементном табло. Обозначим эту произвольную последовательность индицируемых десятичных цифр следующими буквами: D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8. Тогда алгоритм работы автомата можно представить с помощью табл.2.
Таблица 2
| Входной кодовый набор X1X2X3 | Индицируемая цифра |
| 000 | D1 |
| 001 | D2 |
| 010 | D3 |
| 011 | D4 |
| 100 | D5 |
| 101 | D6 |
| 110 | D7 |
| 111 | D8 |
Для каждого варианта задается своя индивидуальная последовательность индицируемых десятичных цифр D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8.
Задание на выполнение работы
Ознакомиться с разделом 2 данных методических указаний.
Получить вариант у преподавателя.
Для заданного варианта необходимо выполнить следующее:
а) составить таблицу истинности для выходных сигналов F1, F2, …, F7 комбинационной схемы преобразователя;
б) записать СДНФ для каждой функции F1, F2, …, F7;
в) для каждой функции Fi составить карту Карно и произвести ее минимизацию;
г) записать минимизированную ДНФ каждой функции Fi в трех базисах: {И, ИЛИ, НЕ}, в базисе Шеффера {И-НЕ}, в базисе Вебба {ИЛИ-НЕ} ;
д) на основе полученных МДНФ функций Fi построить схему автомата с помощью логических элементов И, ИЛИ, НЕ;
Причем, при построении цифрового автомата необходимо минимизировать его за счет поиска в полученных булевых функциях F1, F2, …, F7 одинаковых импликант или их частей и реализации их одним набором элементов.
е) реализовать схему в среде программирования CoDeSys и осуществить визуализацию ее работы в указанной среде.
Выполнение работы
Осуществим реализацию цифрового автомата, преобразующего заданную последовательность двоичных кодов в следующий набор десятичных цифр семиэлементного табло:
Таблица 3
 Набор индици-руемыхцифр № варианта | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | D8 |
| 6 | 2 | 7 | 5 | 6 | 3 | 3 | 9 | 8 |
а) Используя структуру цифрового, построим таблицу истинности для выходных сигналов F1, F2, …, F7 автомата.
Таблица 4
| Входной кодовый набор | Выходы автомата | F1 | F2 | F3 | F4 | F5 | F6 | F7 | ||||||||
| X1 | X2 | X3 |  Сегмент таблоИндици-руемая цифра | a | b | c | d | e | f | g | ||||||
| 0 | 0 | 0 | 2 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | ||||||
| 0 | 0 | 1 | 7 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | ||||||
| 0 | 1 | 0 | 5 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | ||||||
| 0 | 1 | 1 | 6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | ||||||
| 1 | 0 | 0 | 3 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 1 | 0 | 1 | 3 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 1 | 1 | 0 | 9 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| 1 | 1 | 1 | 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||
б) На основании таблицы истинности запишем СДНФ для каждой функции F1, F2, …, F7.
в) Для каждой функции Fi составим карту Карно и произведем ее минимизацию.
Логическая функция F1:
X1X2
Карта Карно X3 00 01 11 10
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Минимальная ДНФ функции
Логическая функция F2:
X1X2
Карта Карно X3 00 01 11 10
| 0 | | 1 | 1 | |
| 1 | | 1 | 1 | |
Минимальная ДНФ функции
Логическая функция F3:
X1X2
Карта Карно X3 00 01 11 10
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | | 1 | 1 | 1 |
Минимальная ДНФ функции
Логическая функция F4:
X1X2
Карта Карно X3 00 01 11 10
| 0 | 1 | | | |
| 1 | | 1 | 1 | |
Минимальная ДНФ функции
Логическая функция F5:
X1X2
Карта Карно X3 00 01 11 10
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | | 1 | 1 | 1 |
Минимальная ДНФ функции
Логическая функция F6:
X1X2
Карта Карно X3 00 01 11 10
| 0 | | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Минимальная ДНФ функции
Логическая функция F7:
X1X2
Карта Карно X3 00 01 11 10
| 0 | 1 | | 1 | 1 |
| 1 | 1 | | 1 | 1 |
Минимальная ДНФ функции
г) Запишем МДНФ функций F1, F2, …, F7 в трех базисах: {И, ИЛИ, НЕ}, в базисе Шеффера {И-НЕ}, в базисе Вебба {ИЛИ-НЕ}. Результаты для наглядности представим в виде таблицы.
Таблица 5
 БазисФ-ция | И-ИЛИ-НЕ | И-НЕ | ИЛИ-НЕ |
| F1 |  | | |
| F2 |  | | |
| F3 |  |  | |
| F4 |  |  |  |
| F5 | | | |
| F6 |  |  | |
| F7 |  |  | |
д) На основе полученных МДНФ функций F1 – F7 построим схему устройства с помощью логических элементов И, ИЛИ, НЕ. Для минимизации количества элементов используем принцип импликантной матрицы. В столбцах указанной матрицы запишем функции F1 – F7, а в строки запишем все импликанты, входящие в эти функции. При этом, простые импликанты, состоящие из одной переменной записывать не будем.
Если та или иная импликанта, стоящая в строке матрицы, является импликантой функции Fi или представляет из себя часть какой-либо импликанты данной функции, то в соответствующей ячейке матрицы мы ставим знак «+»
Импликанты, стоящие в строках матрицы, обозначим дополнительными символами
. Тогда функции F1 – F7 могут быть представлены как логическая сумма более простых логических переменных.Таблица 6
 ФункцияИмпликанта | F1 | F2 | F3 | F4 | F5 | F6 | F7 |
 | | | | + | | | |
 | | | | + | | | |
Рис. 2 Схема цифрового автомата на логических элементах И-ИЛИ-НЕ
е) На основании полученных логических выражений для функций F1 – F7 строим в среде программирования CoDeSys на языке FBD реализацию синтезированного устройства.
Рис.3 – Схема реализации цифрового автомата в среде программирования CoDeSys на языке CFC
С помощью иконок на панели инструментов CoDeSys создаем схему графической визуализации спроектированного устройства.
Рис.4 – Схема графической визуализации цифрового автомата в среде программирования CoDeSys
Цифровой автомат преобразует набор входных сигналов (X1, X2, X3) в соответствующий набор выходных сигналов (F1 – F7), которые подключены к соответствующим элементам семисегментного индикатора. Линии соединения 6 и элементы семисегментного индикатора 5 также выполнены активными. При появлении сигнала TRUE (логическая «1») на любом выходе (F1 – F7) изменяется цвет соответствующего ему элемента семисегментного индикатора и подводящей к нему линии. На рис. 5 отображено состояние автомата при подаче на его вход кодовой комбинации X1X2X3 = 101, которая преобразуется в индикацию цифры «3» на табло семисегментного индикатора.
Рис.5 – Схема графической визуализации цифрового автомата в режиме эмуляции
На рис. 6 отображено состояние автомата при подаче на его вход кодовой комбинации X1X2X3 = 111, которая преобразуется в индикацию цифры «8» на табло семисегментного индикатора.
Рис.6 – Схема графической визуализации цифрового автомата в режиме эмуляции
Л и т е р а т у р а
Т.А.Дмитренко. Логические основы проектирования цифровых автоматов. Учебное пособие. - К.: УМК ВО, 1991. -140 с.
А.Ф.Кравчук. Основи дискретної математики: Учебное пособие. - К.: УМК ВО, 1992. - 196 с.
Операционные устройства вычислительных машин и систем: Учеб. пособие / Н.М.Быков, М.И.Клименко и др. - К.: УМК ВО, 1991. -200 с.
В.П.Сигорский. Математический аппарат инженера. К.: Техніка. 1990. -768с.
Руководство пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys 2.3 (документ подготовлен: 3S – Smart Software Solutions GmbH, www.3s-software.com; русская редакция – ПК Пролог, www.prolog-plc.ru). – версия от 10.09.2008 для CoDeSys V 2.3.9.x. – 452 с.
Визуализация CoDeSys. Дополнение к руководству пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys 2.3 (документ подготовлен: 3S – Smart Software Solutions GmbH, www.3s-software.com; русская редакция – ПК Пролог, www.prolog-plc.ru). – версия от 02.02.2006 для CoDeSys V 2.3.6.x. – 83 с.