42425

Функциональные схемы

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Такие схемы встречаются в электронных устройствах используемых в компьютерах калькуляторах телефонных системах и ряде других устройств. Постановка задачи синтеза логических схем По аналогии с тем как из трех элементарных частиц  протонов нейтронов и электронов порождаются различные химические элементы которые соединяясь в молекулы образуют вещества всей живой и неживой природы из трех простейших логических схем  дизъюнктора конъюнктора и инвертора можно образовать сколь угодно сложные функциональные схемы соответствующие...

Русский

2013-10-29

435 KB

75 чел.

Практическое занятие №15

Тема: Функциональные схемы.

Занятие рассчитано на 2 академических часа.

Цель работы: Продемонстрировать, как логический анализ булева алгебра применяется к конструированию и упрощению логических схем.

Теоретический материал

Одно из основных приложений булевых функций лежит в области создания функциональных схем, которые можно реализовать в виде электронных устройств с конечным числом входов и выходов, причем на каждом входе и выходе может появляться только два значения. Такие схемы встречаются в электронных устройствах, используемых в компьютерах, калькуляторах, телефонных системах и ряде других устройств. Эти устройства собраны из функциональных элементов, генерирующих основные булевы операции.

Стандартные обозначения основных функциональных элементов показаны на рис. 1.

Рисунок 1. Стандартные обозначения основных функциональных элементов.

Постановка задачи синтеза логических схем

По аналогии с тем, как из трех элементарных частиц протонов, нейтронов и электронов — порождаются различные химические элементы, которые, соединяясь в молекулы, образуют вещества всей живой и неживой природы, из трех простейших логических схем дизъюнктора, конъюнктора и инвертора можно образовать сколь угодно сложные функциональные схемы, соответствующие достаточно сложным логическим функциям.

Релейно-контактная схема это устройство из проводников и двухпозиционных контактов, через которое полюсы источника тока связаны с некоторым потребителем. Контакты могут быть замыкающими или размыкающими. Каждый контакт подключен к некоторому реле (переключателю). Когда реле срабатывает (находится под током), все подключенные к нему замыкающие контакты замкнуты, а размыкающие контакты разомкнуты; в противном случае — наоборот. Каждому реле ставится в соответствие своя булева переменная х, которая принимает значение 1, если реле срабатывает, и 0 — в противном случае.

На чертежах все замыкающие контакты, подключенные к реле х, обозначаются символом х, а размыкающие — символом х'. Это означает, что при срабатывании реле х все его размыкающие контакты х' не проводят ток и им сопоставляется 0. При отключении реле создается противоположная ситуация.

Всей схеме также ставится в соответствие булева переменная у, которая равна 1, если схема проводит ток, и 0 в противном случае. Переменная у, соответствующая схеме, очевидно, является булевой функцией от переменных х1, х2..., хn, соответствующих реле.

Эта функция называется функцией проводимости схемы, а ее таблица  условиями работы схемы. Две релейно-контактные схемы называются равносильными, если одна из них проводит ток тогда и только тогда, когда другая схема проводит ток, т.е. если обе эти схемы обладают одинаковыми функциями проводимости. Из двух равносильных схем более простой считается та, которая содержит меньшее число контактов.

В теории релейно-контактных схем различают две главные задачи — анализа и синтеза. Задача анализа состоит в изучении характера работы данной схемы и ее упрощении. Задача синтеза состоит в построении схемы с наперед заданными условиями работы.

Методические рекомендации

Пример 1. Что получится на выходе функциональной схемы, представленной на рис. 2?


Рисунок 2. Функциональная схема.

 

Решение. В табл. 1 перечислены входы и соответствующие выходы для каждого функционального элемента в соответствии с нумерацией из рис. 2.

Таблица 1

Таким образом, на выходе схемы получится функция .  Диаграммы функциональных схем можно упростить, если разрешить функциональным элементам И и ИЛИ иметь не по два входа, а больше. Но более впечатляющего упрощения можно добиться, если привлечь карту Карно для преобразования функции, полученной на выходе сложной схемы.

Пример 2. Упростите функцию, генерируемую схемой из примера 1, и найдите более простую функциональную схему, ее реализующую.

Решение. Карта Карно требуемого выражения представлена на рис. 3. Она имеет две пары минтермов для группировки (одна из них не видна при данном обозначении столбцов).

Рисунок 3. Карта Карно выражения .

Итак,  и .

Это сводит функцию к выражению , которое, ввиду дистрибутивности, редуцируется к функции  . Более простая схема, реализующая функцию из примера 2, показана на рисунке 4.

Рисунок 4.

При вычерчивании функциональных схем нет необходимости использовать все типы функциональных элементов. Как мы уже видели, множество  является полной системой функций. Поэтому мы можем построить любую схему, ограничившись функциональными элементами И и НЕТ.

Более того, если по той или иной причине нам неудобно использовать большое число компонент, мы могли бы использовать только функциональный элемент НЕ—И.

Пример 3. Начертите функциональную схему, реализующую булеву функцию , используя только НЕ—И.

Решение. Во-первых, заметим, что

p(q r) = (p НЕ-И (q  r)) НЕ-И (р НЕ-И (q  r)).

А во-вторых,

q  r= (q НЕ-И q) НЕ-И (r НЕ-И r).

Искомая схема показана на рис. 5.

Рисунок 5. Функциональная схема функции p(q r).

Пример 4. По данной релейно-контактной схеме найдите ее функцию проводимости и условия работы:

Решение: Схема состоит из трех параллельных ветвей.  

Первая ветвь, в свою очередь, состоит из двух параллельных ветвей, в одной из которых последовательно соединены два контакта х и z’, а в другой есть лишь один контакт у. Поэтому первая из трех параллельных ветвей имеет следующую функцию проводимости: xz' у.

Вторая параллельная ветвь состоит из двух последовательно соединенных контактов х и y и поэтому имеет следующую  функцию проводимости: ху.

Наконец третья параллельная ветвь схемы состоит из двух  параллельных ветвей, в одной из которых единственный контакт х’ а в другой последовательно соединены контакты у и z. Поэтому функция проводимости третьей ветви схемы есть х' yz.

Итак, поскольку данная схема состоит из трех параллельно соединенных ветвей, функции проводимости которых мы нашли, то для нахождения функции проводимости всей схемы нужно  рассмотреть дизъюнкцию найденных функций: (х, у, z) = (xz’ у) xy (x' yz).

Пример 5. Постройте релейно-контактную схему с заданной функцией проводимости:

Решение: Схема представляет собой последовательное соединение контакта и схемы с функцией проводимости  Последняя схема, в свою очередь, состоит из трех параллельных ветвей. В первой ветви последовательно соединены контакты у' и z, вторая содержит контакт х, третья — лишь контакт у. Итак, искомая схема имеет вид

Пример 6. Постройте релейно-контактную схему с заданной функцией проводимости: .

Решение: Выразим сначала данную функцию через функции ', •, , причем так, чтобы знак ' стоял бы лишь на переменных и не стоял на скобках:

Соответствующая схема имеет вид:

Пример 7. Проверьте равносильность релейно-контактных схем:

Решение: Сначала составим функцию проводимости первой из двух данных схем, а затем преобразуем ее:

Ясно, что полученная функция (булева функция, конечно, осталась той же самой, а изменилась лишь форма ее аналитической записи) является функцией проводимости второй из двух данных схем.

Контрольные вопросы

1. Изобразите стандартные обозначения основных функциональных элементов по ГОСТу и в Международном стандарте.

2. Что такое функция проводимости?

3. Как задать условия работы схемы?

4. Какие задачи различают в теории релейно-контактных схем? Сформулируйте их.

Индивидуальные задания

1. По данной релейно-контактной схеме найдите ее функцию проводимости и условия работы:

2. Постройте релейно-контактную схему с заданной функцией проводимости:

3. Постройте релейно-контактную схему с заданной функцией проводимости:

4. Проверьте равносильность следующих релейно-контактных схем:

5. Упростите следующие релейно-контактные схемы:

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57887. Розв’язування показникових рівнянь. Урок-подорож «Сходинками до вершини гори Знань» 144 KB
  Мета: Систематизувати та узагальнити знання і вміння учнів з теми; вдосконалювати вміння розвязувати показникові рівняння; розвивати навички колективної та самостійної роботи; формувати активну життєву позицію...
57888. Сума перших n членів арифметичної і геометричної прогресій 263.5 KB
  Дидактична мета: вивести формулу перших n членів арифметичної та геометричної прогресій; домогтися розуміння та засвоєння формул; сформувати вміння застосовувати формули до розвязування задач.
57889. Урок-ділова гра на тему: Похідна та її застосування 345 KB
  Нехай функція u = ut відображає кількість виробленої продукції u за час t і необхідно знайти продуктивність праці в момент часу t0. За період часу від t0 до t0Δt кількість виробленої продукції зміниться від значення u0 = uto до значення u0 Δu = ut0Δt.
57890. Розв’язування текстових задач 133 KB
  Сьогодні на уроці ми будемо розвязувати задачі за допомогою систем рівнянь; відпрацювати навички розвязування задач на прямолінійний рівномірний рух та використання графіків при розвязуванні задач.
57891. Додавання і віднімання натуральних чисел 450.5 KB
  Мета: узагальнити і систематизувати знання учнів з теми: «Додавання і віднімання натуральних чисел», повторити правила та закони додавання та віднімання; навчити учнів використовувати набуті знання до розв’язування задач...
57892. Розв’язування квадратних рівнянь 162.08 KB
  Вдосконалювати вміння і навички учнів отримані при вивченні теми «Квадратні рівняння», розвивати логічне мислення, культуру мовлення культуру записів, уважність, терпіння, уміння зосереджуватись, виховувати інтерес до математики, вміння оцінювати свої знання...
57893. Підсумковий урок по темі «Функція» 2.56 MB
  Кожна група отримує функцію яку повинна охарактеризувати за таким планом: а означення функції; б властивості; в графік. I група Лінійна функція II група...
57894. Звичайні дроби. Додавання та віднімання з однаковими знаменниками 208 KB
  Гра Хто запалить Олімпійський вогонь Серед цих 9 відповідей ви знайдете числа які допоможуть вам відповісти на запитання повязані із нагородами спортсменів України на Іграх Олімпіад та зимових Олімпійських іграх.
57895. Координатна площина 299 KB
  Скільки чисел треба вказати щоб задати положення точки на координатній площині Як називаються числащо задають положення точки на координатній площині Як називаються першедруге з чиселщо задають положення точки на координатній площині...