Дисциплина «Электронные промышленные устройства» Тема : Управляющие автоматы Сулимов Юрий Иванович к.т.н., доцент кафедры «Промышленная электроника»

Автоматное преобразование информации Результат преобразования вход - выход зависит не только от того, какая информация в данный момент появилась на входе, но и от того, что происходило раньше. Существуют преобразователи, в которых их реакция зависит не только от входных сигналов в данный момент, но и от того, что было на входе, от входной истории раньше. Такие преобразователи называются автоматами и определяются они в обобщенном виде входными и выходными сигналами, а также состояниями. Функционирование автомата можно представить следующим образом:

Автоматный преобразователь А Х У Логический блок Блок памяти Q Q X Y Q

УА с жесткой логикой Любое цифровое устройство можно рассматривать как устройство, состоящее из двух частей: операционного и управляющего блоков. Операционный блок, например АЛУ, характеризуется совокупностью определённых в нём микроопераций, каждая из которых представляет собой некоторый выполняемый в данном операционном блоке акт передачи или преобразования информации. Часть цифрового вычислительного устройства, предназначенного для выработки последовательности управляющих функциональных сигналов, называется управляющим блоком или управляющим устройством (УУ). Формально УУ можно рассматривать как конечный автомат, определяемый: 1) множеством двоичных выходных сигналов, 2) множеством входных сигналов, 3) множеством подлежащих реализации программ, 4) множеством внутренних состояний.

УА с жесткой логикой X – множество входных сигналов автомата, Y – множество выходных сигналов, D – сигналы управления памятью, T – сигналы состояния.

Обозначения на схеме автомата с жесткой логикой УА состоит из 2-х функциональных блоков: 1. КС – комбинационная схема, формирующая выходные сигналы автомата и сигналы управления памятью. 2. Память автомата – просто набор триггеров (регистр). Кол-во триггеров n определяется кол-вом k требуемых состояний автомата. k определяется по- разному для разных автоматов. Для запоминания этих состояний схема должна содержать память соответствующей разрядности. Такую память удобно строить на D триггерах. Число триггеров определяется по формуле: K= log 2 r где: K – число триггеров r – число состояний Функционирование УА может задаваться графом переходов либо таблицами истинности.

УА с хранимой в памяти логикой

Автоматы с хранимой в памяти логикой Основа такого управляющего аппарата – ROM – ПЗУ. Каждая ячейка ПЗУ хранит микрокоманду (МК) – набор выходных сигналов Y для каждого состояния автомата и набор управляющих сигналов T для своего сугубо внутреннего устройства управления УУ. В плане генерации выходных сигналов все микропрограммные автоматы идентичны автомату Мура – Y зависят только от состояния памяти автомата. УА с микропрограммным управлением бывают 2-х типов – с естественной адресацией микрокоманд и с принудительной. В каждом случае структура УУ разная.

Вопрос 1 Укажите отличие автоматов с жесткой логикой от автоматов с хранимой в памяти логикой?

Вопрос 2 Назовите достоинство управляющего автомата с жесткой логикой.

Определение автомата Управляющий автомат определяется: Множеством выходных сигналов: V= {V1, V2, …, Vm}, Множеством входных сигналов: U = {U1, U2, …, Un}, Множеством состояний: Q = {Q0, Q1, …, Qr}, Множеством подлежащих реализации микропрограмм. Автоматный преобразователь может быть задан как автомат Мура: Q(t+1) = A[Q(t), U1(t), U2(t), … Un(t)]; V1(t) = B1[Q(t)]; …………………………………………. Vm(t) = Bm[Q(t)]; Или автомат Мили: Q(t+1) = A[Q(t), U1(t), U2(t), … Un(t)]; V1(t) = B1[Q(t), U1(t), U2(t), …, Un(t)]; ………………………………………... Vm(t) = Bm[Q(t), U1(t), U2(t), …, Un(t)].

Определение автомата (продолжение) А и В функции переходов и выходов определяются микропрограммой. Q(t) – предыдущее состояние автомата, Q(t+1) – следующее состояние. УА может быть задан как автомат Мура или Мили. Отличаются они тем, что у автомата Мура выходные сигналы вырабатываются в зависимости от внутреннего состояния автомата, а у Мили выходные сигналы зависят от внутреннего состояния и от входных сигналов.

Вопрос 3 Назовите отличие автомата Мура от автомата Мили.

Пример УА Мура Пример: Разработать систему логического управления для ограничения доступа на объект. Система должна быть построена с использованием автомата Мура. Цель разработки системы – автоматизация процесса контроля доступа на объект. Система должна обеспечивать функции: - фиксацию времени прихода и ухода посетителей; - определение времени нахождения посетителей на объекте; - регистрацию и выдачу информации о попытках несанкционированного проникновения в помещение.

Порядок разработки управляющего автомата 1. Разработка блок-схемы или микропрограммы управляющего автомата. 2. Создание графа микропрограммного автомата. 3. Таблица кодировки состояний автомата и триггеров. 4. Разработка схемы формирования управляющих сигналов. 5. Привести основную таблицу для синтеза управляющего автомата. 6. Используя основную таблицу записать дизъюнкцию конъюнкций исходных значений автомата и условия перехода. 7. Создать полную схему автомата.

Микропрограмма системы логического управления ограничения доступа на объект Q1 Q2 Q8 Q7 Q6 Q3 Q4 Q5

Параметры U1 – сигнал об открытии двери; U2 – сигнал о разрешении доступа; U3 – сигнал о завершении тревоги; U4 – сигнал о выходе посетителя с объекта. Выходные сигналы (команды) V1 – определение номера объекта; V2 – включение сигнала о несанкционированном доступе; V3 – выключение сигнала о несанкционированном доступе; V4 – определение ID – уникального номера посетителя; V5 – фиксирование времени входа посетителя с данным ID; V6 – фиксирование времени выхода посетителя с данным ID; V7 – определение времени пребывания сотрудника с данным ID

Параметры Q0 – начальное состояние; Q1 – определение номера посетителя; Q2 – сигнал включен; Q3 – состояние выключения сигнала; Q4 - определение номера посетителя; Q5 – определение ID - номера посетителя; Q6 – состояние времени входа посетителя; Q7 - состояние времени выхода посетителя; Q8 – конечное состояние.

Граф микропрограммного автомата

Таблица состояний триггеров Состояние автомата Состояние триггеров Т1 Т2 Т3 Т4 Q Q Q Q Q Q Q Q Q Так как у нас 9 состояний, то нам потребуется 4 триггера (К=log 2 r), где К – число триггеров; r – число состояний

Выходные сигналы и состояния V1= Q1,V7 = Q8. V2 = Q2, V3 = Q3, V1 = Q4, V4 = Q5, V5 = Q6, V6 = Q7,

Таблица перехода из одного состояния в другое Исх.состояния Исходное сост. триггеров Конеч ные сост. Услови я перехода Сигналы на D входах триггеров. Т4 Т3 Т2 Т1 D4 D3 D2 D1 Q Q10001 Q00000Q4U1U20100 Q10001Q Q Q0U30000 Q30011Q20010 Q40100Q Q60110 Q50101Q7U40111 Q60110Q Q70111Q Q010000

Функции возбуждения (сигналы на входы триггеров)

СХЕМА

Вопрос 4 От чего зависит скорость изменения состояний управляющего автомата?

Синтез автомата Мили Рассмотрим синтез управляющего автомата Мили, микропрограмма и граф которого приведены на следующем слайде. Состояния у автомата Мили отмечаются звездочкой рядом с дугой, а не напротив блоков с выходными сигналами как у автомата Мура.

Микропрограмма и граф автомата Мили

Функции выходов

Таблица состояний триггеров По аналогии с предыдущим примером определяем количество триггеров памяти известным способом и строим таблицу состояний триггеров. Состояний у нас четыре и поэтому два в степени два будет четыре. т.е. для синтеза автомата Мили достаточно двух триггеров. Таблица состояний приведена на следующем слайде.

Таблица состояний триггеров триггеров

Схема формирования сигналов управления

Сигналы на входах триггеров

Схема управляющего автомата Мили

Вопрос 5 Чем определяется управляющий автомат?

Ответ на вопрос 5 Формально управляющий автомат можно рассматривать как конечный автомат, определенный: 1. множеством двоичных выходных сигналов; 2. множеством входных сигналов; 3. множеством подлежащих реализации программ; 4. множеством внутренних состояний.

Вопрос 6 Можно ли назвать управляющим автоматом банкомат для выдачи денег?

Контрольные вопросы из пособия Какими параметрами характеризуется конечный автомат? Формально управляющий автомат можно рассматривать как конечный автомат, определенный: 1. множеством двоичных выходных сигналов; 2. множеством входных сигналов; 3. множеством подлежащих реализации программ; 4. множеством внутренних состояний.

Контрольные вопросы из пособия Какие команды называются однофазными? –Однофазными называются такие команды, которые выполняются в течении одного такта.

Спасибо за внимание ! Если есть вопросы, пожалуйста, задавайте! Возникшие вопросы и пожелания присылайте через диспетчерский отдел ФДО. Следующее занятие будет посвящено промышленным роботам. Материалы по этой теме можно найти в учебном пособии (глава 4 стр. 62 – 91).