4

Лабораторна робота 2

Побудова схем електричних функціональних простих комбінаційних вузлів

Мета: Набути навичок використання різних способів побудови схем електричних функціональних простих комбінаційних вузлів у відповідності до вирішуваних задач.

Теоретичні відомості

Основним призначенням схем електричних функціональних є відображення принципів функціонування об’єкта (системи, пристрою, блока, вузла і т.д.) та законів взаємодії його складових частин.

З допомогою схем електричних функціональних ілюструються процеси, що відбуваються в окремих функціональних частинах відображуваного об’єкта у їх взаємозв’язку і взаємозалежності.

У відповідності до основного призначення схем електричних функціональних на них відображується функціональна будова об’єкта:

• сукупність функціональних складових частин об’єкта з доцільним ступенем деталізації, групуванням однотипних частин або частин із спільним призначенням у частини вищого рангу (групи, блоки і т.д.);

• зв’язки між функціональними складовими об’єкта та їх характер (напрямленість, розрядність та інше) з групуванням однотипних зв’язків або зв’язків із спільним призначенням (у групи, шини і т.д.).

Для унаочнення законів функціонування та принципів взаємодії складових частин об’єкта на схемах електричних функціональних допускається наводити уточнюючу допоміжну інформацію: логічні і математичні функції перетворення сигналів, часові діаграми, таблиці відповідностей, надписи, коментарі та інше.

Функціональні частини об’єкта зображають у вигляді умовних графічних зображень одним із трьох способів:

• умовними графічними зображеннями, виконаними за загальними правилами побудови (розглянуті в попередній лабораторній роботі);

• спеціальними типовими умовними графічними зображеннями, передбаченими стандартами для відображення принципів дії функціональних вузлів відповідного типу;

• у вигляді прямокутників із розміщеними всередині ідентифікаторами (назвою, скороченою абревіатурою, символьним відображенням виконуваної функції і т.д.) та іншою інформацією (ідентифікатори входів і виходів, функції перетворення сигналів та інше).

Схеми електричні функціональні використовуються для пояснення принципів функціонування об’єкта та його складових частин, для відображення логічних законів перетворення сигналів в схемі об’єкта, для побудови схем електричних принципових та в інших задачах. З урахуванням різноманітності призначення схем електричних функціональних при їх побудові використовуються різні підходи та досягається різний ступінь деталізації цих схем. Основний принцип вибору застосовуваних при побудові схем електричних функціональних прийомів є забезпечення максимальної інформативності схеми у відповідності до її призначення без надлишковості в наведених на ній зображеннях і описах.

Побудова схем електричних функціональних для відображення логічних перетворень сигналів.

Розглянемо принципи побудови схем електричних функціональних зазначеного класу на прикладі розробки схеми електричної функціональної комбінаційного пристрою для реалізації функції восьми змінних y=f(x₇, x₆, x₅, x₄, x₃, x₂, x₁, x₀), за умови, що пристрій має бути реалізований на основі логічних елементів.

Реалізовувала функція має вигляд:

. (2.1)

З метою спрощення читання схеми і зменшення кількості наведених на ній елементів інверсії вхідних і вихідних сигналів будемо відображувати у вигляді інверсій на входах і виходах логічних елементів відповідно.

Для визначення переліку необхідних логічних елементів реалізовувану функцію необхідно розбити на часткові функції, кожну з яких можна реалізувати з допомогою одного логічного елемента. У відповідності до прийнятого положення, логічне заперечення (інверсії сигналів) як самостійну функцію не розглядаємо.

Часткові функції, на які розбивається початкова функція y=f(x₇, x₆, x₅, x₄, x₃, x₂, x₁, x₀), можна розділити на два класи:

• умовно незалежні часткові функції, значення яких обчислюється елементом лише на основі вхідних аргументів функції і не потребують виконання попередніх логічних операцій (логічне заперечення не враховуємо);

• умовно залежні часткові функції, значення яких може обчислюватися лише після отримання результатів отримання результатів інших умовно незалежних або умовно залежних.

Виділення часткових функцій для визначення переліку необхідних логічних елементів починається з умовно незалежних функцій. В функції 2.1 можна виділити дві умовно незалежних функції:

, (2.2)

. (2.3)

На підставі функцій f₁ i f₂ можна зробити запис залежної від них функції f₃:

. (2.4)

І на останок, записуємо останню функцію f₄, яка є залежною від функції f₃:

. (2.5)

Розбиття заданої функції 2.1 на часткові функції завершене. В результаті отримано чотири часткових функції 2.2-2.5, кожна з яких може бути обчислена одним логічним елементом:

• функція 2.2 – трьохвходовий елемент “Виключальне АБО” з двома інверсними входами і інверсним виходом;

• функція 2.3 – чотирьохвходовий елемент “І” з одним інверсним входом;

• функція 2.4 – двовходовий елемент “АБО”;

• функція 2.5 – п’ятивходовий елемент “І” з одним інверсним входом.

На підставі зазначених логічних елементів побудуємо схему електричну функціональну комбінаційного пристрою (рисунок 2.1). Для більшої інформативності поряд з виходами логічних елементів наведено функції, які забезпечують відображення логічних перетворень сигналів в схемі.

Рисунок 2.1 - Схема електрична функціональна з відображенням функцій логічних перетворень сигналів над зв’язками між елементами

Як видно з рисунку 2.1, відображення над зв’язками між елементами функцій логічних законів перетворення сигналів призводить до значного “розтягування” схеми, тому досить часто над зв’язками позначають лише ідентифікатори функцій, а уточнення законів їх розрахунків наводиться на вільному полі схеми (рисунок 2.2). Такий підхід дещо зменшує наочність відображення логічних законів перетворення сигналів і зумовлює надлишковість в поданні інформації на схемі, але дозволяє розмістити елементи схеми більш компактно.

Рисунок 2.2 - Схема електрична функціональна з винесеним відображенням функцій логічних перетворень сигналів