1   2   3
Ім'я файлу: ОКИУ_курсовая.docx
Розширення: docx
Розмір: 1415кб.
Дата: 09.12.2020

Министерство образования и науки Украины

Одесский национальный политехнический университет

Институт компьютерных систем

Кафедра компьютеризированных систем управления

Курсовая работа

по курсу «Основы компьютерно-интегрированного управления»

Вариант №2
Выполнил:

студент группы АТ-181

Одесса 2020

ЧАСТЬ 1

Постановка задачи

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.1.1).

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 Таблице №1 приведены все комбинации сегментов семиэлементного индикатора, которые необходимо "поджига­ть" для высвечивания всех десятичных цифр.

Включенные сегменты

Формируемая

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

Табл. 1 Комбинации сегментов семиэлементного индикатора.

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 Таблицы №2:


Входной кодовый набор X1X2X3

Индицируемая цифра

000

D1

001

D2

010

D3

011

D4

100

D5

101

D6

110

D7

111

D8

Табл. 2 Таблица индицируемых цифр.

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 трёх 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.
Исходные данные

Н абор индици-руемых

цифр

№ варианта

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

11

8

3

6

1

0

7

9

4

Табл. 3 Исходные данные согласно варианту работы

Ход работы

а) Построим таблицу истинности для выходных сигналов F1, F2, … F7 автомата:

Входной кодовый набор

Выходы автомата

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

X1

X2

X3

С егмент табло

Индици-руемая цифра

a

b

c

d

e

f

g

0

0

0

8

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

6

1

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

7

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

9

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

4

0

1

1

0

0

1

1

Табл. 4 Таблица истинности.

б) На основании таблицы истинности (табл.1.4) запишем СДНФ для каждой функции F1, F2, …, F7:

СДНФ функций F1, F2, …, F7 выходов дешифратора:















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

0

0

1

Минимальная ДНФ функции:

Логическая функция F2:



X1X2

Карта Карно: X3 00 01 11 10

0

1

1

1

1

1

0

0

1

0



Минимальная ДНФ функции:

Логическая функция F3:



X1X2

Карта Карно: X3 00 01 11 10

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0



Минимальная ДНФ функции:

Логическая функция F4:



X1X2

Карта Карно: X3 00 01 11 10

0

1

1

0

1

1

0

0

0

0

Минимальная ДНФ функции:

Логическая функция F5:



X1X2

Карта Карно: X3 00 01 11 10

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

Минимальная ДНФ функции:

Логическая функция F6:



X1X2

Карта Карно: X3 00 01 11 10

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Минимальная ДНФ функции:

Логическая функция F7:



X1X2

Карта Карно: X3 00 01 11 10

0

1

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.

Б азис

Ф-ция

И-ИЛИ-НЕ

И-НЕ

ИЛИ-НЕ

F1







F2







F3







F4







F5







F6

1

1

1

F7







Табл. 5 Таблица функций в базисах И-ИЛИ-НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

д) На основании полученных логических выражений для функций F1F7 строим схему автомата на логических элементах И-ИЛИ-НЕ. Для минимизации количества элементов в полученных МДНФ используем принцип импликантной матрицы. В столбцах указанной матрицы запишем функции F1 – F7, а в строки запишем все импликанты, входящие в эти функции.

Ф ункция

Импликанта

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7



+
























+

+





















+




+




+









+

+





















+






























+

Табл. 6 Таблица импликантной матрицы.

Импликанты, стоящие в строках матрицы, обозначим дополнительными символами . Тогда функции F1 – F7 могут быть представлены как логическая сумма более простых логических переменных.

;

;

;

;

;

;


;

;

;

;

;

;

;


При построении логической схемы устройства сначала формируем вспомогательные логические переменные , а затем функции F1 – F7 по вышеприведенным формулам. Схема реализации автомата представлена на рис. 2.



Рис. 2 Схема автомата на логических элементах И-ИЛИ-НЕ

е) На основании полученных логических выражений, а также построенной логической схемы строим в среде программирования CoDeSys на языке FBD реализацию синтезированного устройства:

Рис. 3 Схема реализации цифрового автомата в среде программирования CoDeSys на языке FBD.

Визуализацию работы устройства осуществляем с помощью построения мнемосхемы устройства и отображения на ней всех режимов его работы.

Для этого во вкладке 'Организатор проекта' выбираем вкладку Визуализация и даем команду 'Проект' 'Объект' 'Добавить'. Откроется диалог 'Новая визуализация', в котором нужно ввести имя новой визуализации. После ввода корректного имени (нельзя использовать уже существующее имя или специальные символы) закрываем диалог кнопкой ОК. Открывается окно, в котором можно редактировать новую визуализацию.



Рис. 4 Схема графической визуализации цифрового автомата в среде программирования CoDeSys

Часть элементов этой визуализации выполнена активной и позволяет отображать состояние входов и выходов устройства. Входные элементы в левой части визуализации отображают состояние входных сигналов x1, x2 и x3 цифрового автомата. В режиме эмуляции (online) каждый щелчок мышкой на изображении каждого из этих элементов изменяет значение соответствующей логической переменной, привязанной к этому элементу. При каждом щелчке мышки изменяется значение логической переменной с FALSE (логический «0») в TRUE (логическая «1») и наоборот и изменяется цвет этого элемента с красного (выкл.) на зеленый (вкл.). Одновременно на этот же вход моделируемой схемы подается соответствующий входной сигнал TRUE или FALSE.

Цифровой автомат преобразует набор входных сигналов (x1, x2, x3) в соответствующий набор выходных сигналов (F1 – F7), которые подключены к соответствующим элементам семи сегментного индикатора. Линии соединения элементов визуализации и элементы семи сегментного индикатора также выполнены активными. При появлении сигнала TRUE (логическая «1») на любом выходе (F1 – F7) изменяется цвет соответствующего ему элемента семи сегментного индикатора и соединенной с ним линией. На рис. 9 отображено состояние автомата при подаче на его вход кодовой комбинации x1x2x3 = 010, которая преобразуется в индикацию цифры «2» на табло семи сегментного индикатора.



Рис. 5 Схема графической визуализации цифрового автомата в режиме эмуляции
Выводы по первой части курсовой работы

В процессе выполнения первой части курсовой работы была построена таблица истинности для выходных сигналов автомата F1, F2, … F7. На основании таблицы истинности выведены СДНФ для каждой функции F1, F2, …, F7. Было произведено упрощение функций F1, F2, …, F7 методом импликантной матрицы.

Полученная программа была проверена на корректность исполнения.


  1   2   3

скачати

© Усі права захищені
написати до нас