ЧАСТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГАЗПРОМ ТЕХНИКУМ НОВЫЙ УРЕНГОЙ ОТДЕЛЕНИЕ ЗФО Контрольная работа по дисциплине «Основы микропроцессорных систем управления в энергетике» Шифр 6869 Вариант 1 Руководитель работы ________ ____________ подпись, дата инициалы, фамилия Студент ЭЛ-21з ________ Абдулвагапов А.М. номер группы подпись, дата инициалы, фамилия Новый Уренгой 2024 Содержание Задание 1. Минимизация логических функций ....................................................... 3 Задание 2. Преобразование логических выражений ............................................... 4 Задание 3. Расчётно – графический анализ микросхем двоичного счётчика ....... 5 Задание 4. Ответить на теоретические вопросы ...................................................... 7 Задание 5 Составить программу управления исполнительными механизмами в среде программирования Owen Logic ..................................................................... 10 Список использованной литературы ....................................................................... 12 2 Задание 1. Минимизация логических функций Произвести минимизацию функций с помощью диаграмм Вейча (карт Карно). Решение: 𝑓1 = 𝑥1 ̅̅̅ 𝑥2 + 𝑥1 𝑥2 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅2 = 𝑥1 (𝑥2 ∙ ̅̅̅) 𝑥2 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅2 = 𝑥1 ∙ 0 ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅2 = 𝑥1 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥2 1 ̅̅̅ 2 = ̅̅̅ 𝑓2 = ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 + 𝑥1 ̅̅̅ 𝑥2 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅2 = ̅̅̅(𝑥 𝑥2 1 ∙ ̅̅̅) 𝑥1 = ̅̅̅ 𝑥2 𝑓3 = 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 ̅̅̅3 + 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅ 𝑥3 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 3 = (𝑥1 ̅̅̅(𝑥 𝑥3 2 ∙ ̅̅̅) 𝑥2 ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 3 ) 1 2 ̅̅̅ = 𝑥1 ̅̅̅ 𝑥3 𝑓4 = 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 ̅̅̅3 + 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅ 𝑥3 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥3 1 (𝑥2 ∙ ̅̅̅) 𝑥2 ∙ ̅̅̅(𝑥 𝑥1 2 ∙ ̅̅̅)) 𝑥2 = 𝑥3 1 2 ̅̅̅ 2 ̅̅̅ 3 = ̅̅̅(𝑥 𝑓5 = 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅ 𝑥3 + 𝑥1 𝑥2 𝑥3 + 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 𝑥3 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 ̅̅̅3 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅𝑥 1 2 ̅̅̅ 2 ̅̅̅ 3 = (𝑥1 𝑥2 (𝑥3 ∙ ̅̅̅) 𝑥3 ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 (𝑥3 ∙ ̅̅̅) 𝑥3 ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥2 ̅̅̅(𝑥 ∙ 𝑥 ̅̅̅)) = 𝑥3 3 1 1 𝑓6 = 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 𝑥3 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥1 𝑥2 𝑥3 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 3 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 ̅̅̅3 1 2 ̅̅̅ 2 3 + ̅̅̅̅̅̅̅̅̅ = (𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 ∙ 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 (𝑥3 ∙ ̅̅̅) 𝑥3 ∙) = ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 1 2 (𝑥3 ∙ ̅̅̅) 1 ̅̅̅(𝑥 2 3 ∙ ̅̅̅) 𝑓7 = 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥4 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 4 + 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑥4 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 ̅̅̅𝑥 1 ̅̅̅𝑥 2 ̅̅̅𝑥 3 ̅̅̅ 4 + ̅̅̅𝑥 2 ̅̅̅𝑥 3 4+𝑥 1 ̅̅̅𝑥 2 3 ̅̅̅ 3 ̅̅̅ 4 + 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 ̅̅̅4 + 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 4 + 𝑥1 𝑥2 𝑥3 ̅̅̅ 𝑥4 + 𝑥1 ̅̅̅𝑥 𝑥2 ̅̅̅𝑥 3 4 = (𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥4 ∙ 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥4 3 ∙ ̅̅̅) 𝑥3 ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 𝑥3 (𝑥4 ∙ ̅̅̅) 𝑥4 ∙ 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅(𝑥 𝑥3 4 1 ̅̅̅𝑥 2 ̅̅̅(𝑥 3 4 ∙ ̅̅̅) 1 2 ̅̅̅(𝑥 ∙ ̅̅̅)) 𝑥4 = 𝑥2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 4 3 𝑓8 = ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 ̅̅̅4 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 𝑥3 ̅̅̅ 𝑥4 + 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥4 + 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 ̅̅̅4 + 𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 4 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 ̅̅̅𝑥 1 ̅̅̅𝑥 2 3 ̅̅̅ 1 2 ̅̅̅𝑥 2 3 𝑥4 + ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 𝑥3 𝑥4 + 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 4 + 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑥4 + 𝑥1 𝑥2 𝑥3 ̅̅̅ 𝑥4 = (𝑥 ̅̅̅(𝑥 𝑥3 ∙ ̅̅̅(𝑥 𝑥1 2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 ̅̅̅4 ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥2 3 𝑥4 ) ∙ 𝑥2 (𝑥1 𝑥2 𝑥3 ̅̅̅ 𝑥4 4 ̅̅̅𝑥 1 ̅̅̅𝑥 2 3 ∙ 𝑥1 𝑥2 ̅̅̅) ∙ ̅̅̅𝑥 𝑥1 2 ̅̅̅𝑥 𝑥3 4 ) ∙ 𝑥2 𝑥4 (𝑥 ̅̅̅𝑥 𝑥3 ∙)𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑥4 ) = 𝑥1 𝑥2 1 3 ∙ 𝑥1 ̅̅̅ Задание 2. Преобразование логических выражений 2.1 Формулировка задания: 1. Построить логическую схему в базисе «И», «ИЛИ», «НЕ» используя микросхемы серии К 155. 2. Записать заданную логическую функцию через операцию «И-НЕ». 3. Построить логическую схему в базисе «И-НЕ», используя микросхемы серии К155. 4. Указать на схемах значения логических сигналов на выходе каждого логического элемента для заданной комбинации входных сигналов. Логическая функция задана в таблице № 1. 1. Построение логической схемы в базисе «И», «ИЛИ», «НЕ» используя микросхемы серии К 155. Рисунок 1 - Схема на микросхемах серии 155. Элемент 3ИЛИ составлен из двух элементов 2ИЛИ DD1-К155ЛН1, DD2-К155ЛИ1, DD3-К155ЛЛ1 2. Записать заданную логическую функцию через операцию «И-НЕ». 4 Для записи логической функции в базисе И-НЕ воспользуемся правилом двойного отрицания и теоремой де Моргана: ̿̿̿̿ = Х1 правило двойного отрицания Х1 ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅ ∙ Х2 ̅̅̅̅ – теорема де Моргана Х1 + Х2 = Х1 ̅̅̅̅ 𝑋1 ∗ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∨ 𝑋2 ∗ 𝑋3 ∨ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∗ 𝑋3 –исходная логическая функция ̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿̿ ̅̅̅̅ 𝑋1 ∗ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∨ 𝑋2 ∗ 𝑋3 ∨ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∗ 𝑋3- правило двойного отрицания ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅ ∗ 𝑋3 ̅̅̅̅ ∗ ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅ ∗ 𝑋3- теорема де Моргана 𝑋1 ∗ 𝑋2 ∗ Х2 𝑋2 ̅̅̅̅ 𝑋1 ∗ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∨ Х2 ∗ 𝑋3 ∨ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∗ 𝑋3 = ̅̅̅̅ 𝑋1 ∗ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∗ Х2 ∗ 𝑋3 ∗ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∗ 𝑋3 = ̅̅̅̅ 𝑋1 ∗ ̅̅̅̅ 𝑋2 ∗ 𝑋3 3. Построить логическую схему в базисе «И-НЕ», используя микросхемы серии К155. Рисунок 2 - Схема на микросхемах серии 155 в базисе И-НЕ. DD1-К155ЛН1, DD2-К155ЛА3, DD3-К155ЛА4 Задание 3. Расчётно – графический анализ микросхем двоичного счётчика 3.1 Формулировка задания: Определить разрядность счётчика по количеству выходов. Описать назначение выводов счётчика по заданной микросхеме. Спроектировать функциональную схему счётчика на триггерах по результатам расчёта и условнографическом отображении микросхемы. 3.2 Порядок выполнения задания 1. Выбрать микросхему для своего варианта из таблицы 2 2. Привести УГО (условное графическое обозначение) заданной микросхемы. 5 Рисунок 3 – Условное графическое обозначение К155ИЕ6 3. Указать назначение всех выводов. № вывода Назначение 1 вход информационный D2 2 выход второго разряда Q2 3 выход первого разряда Q1 4 вход "обратный счет" 5 вход "прямой счет" 6 выход третьего разряда Q3 7 выход четвертого разряда Q4 8 общий 9 вход информационный D8 10 вход информационный D4 11 вход предварительной записи 12 выход "прямой перенос" 13 выход "обратный перенос" 14 вход установки "0" R 15 вход информационный D1 16 напряжение питания 4. Определить разрядность счётчика (n) и коэффициент пересчёта (N). Счетчик является 4ех разрядным n=4. Коэффициент пересчета N=16. 5. Выполнить расчёт двоичного кода, зафиксированного в счётчике в режиме сложения заданного числа входных импульсов, если предварительно в нём был записан заданный двоичный код (табл.2). 6 Если в счетчике первоначально было записано число «1010», то каждые 16 импульсов счетчик будет возвращаться в исходное состояние, соответственно через 78 импульса счетчик вернется в исходное состояние При поступлении 79ого импульса состояние счетчика будет соответствовать 1100. При поступлении 80ого импульса состояние счетчика будет соответствовать 1110. При поступлении 81ого импульса состояние счетчика будет соответствовать 1111. При поступлении 82ого импульса состояние счетчика будет соответствовать 0000. 6. Спроектировать функциональную схему счётчика на триггерах. Рисунок 4 - Функциональная схема счетчика 7. Указать на функциональной схеме значения логических сигналов, которые следует подать на входы счётчика для предварительной записи двоичного кода заданного в таблице 2. Для предварительной записи счетчика необходимо на входы предварительной установки A,B,C, D подать код 1010, после чего подать активный уровень согнала на вход LOAD Задание 4. Ответить на теоретические вопросы Формулировка задания: Ответить письменно на теоретический вопрос согласно варианту (табл.3). Привести необходимые иллюстрации с пояснениями. 1. Назначение ЭВМ, типы, классификация, характеристики, применение. 7 ЭВМ, или электронно-вычислительные машины, это устройства, предназначенные для автоматической обработки данных. Они могут выполнять различные операции, такие как вычисления, хранение информации, передачу данных и выполнение программ. Назначение: Назначение ЭВМ заключается в выполнении различных вычислительных задач и обработке информации. Они используются во множестве областей, включая науку, бизнес, медицину, производство, образование и многие другие. Типы: Суперкомпьютеры: Это самые мощные и быстрые компьютеры, способные обрабатывать огромные объемы данных и выполнять сложные вычисления. Они часто используются для научных исследований, моделирования, прогнозирования погоды и других задач, требующих высокой вычислительной мощности. Мейнфреймы: Эти компьютеры обычно используются в корпоративной среде для обработки больших объемов данных и выполнения бизнесприложений. Они обеспечивают высокую отказоустойчивость и могут обслуживать множество пользователей одновременно. Серверы: Серверы предназначены для обеспечения доступа к ресурсам и услугам в компьютерных сетях. Они могут выполнять различные функции, такие как хранение данных, обработка запросов, веб-хостинг и многое другое. Рабочие станции: Эти компьютеры предназначены для выполнения сложных задач, таких как графический дизайн, инженерное моделирование и научные расчеты. Они обладают высокой производительностью и графическими возможностями. Портативные компьютеры: К ним относятся ноутбуки, планшеты и смартфоны, которые обеспечивают мобильность и доступ к информации в любом месте и в любое время. Классификация: Классификация ЭВМ может быть основана на различных критериях, таких как цель использования, архитектура, масштаб, мощность и т. д. Характеристики: Характеристики ЭВМ могут включать в себя процессор (CPU), объем оперативной памяти (RAM), объем и тип накопителей (жесткие диски, SSD), графические возможности, порты подключения, операционную систему и многое другое. Применение: Применение ЭВМ охватывает практически все сферы человеческой деятельности. Они используются для обработки данных в банковской сфере, финансовых учреждениях, торговле, медицине, образовании, научных исследованиях, инженерии, развлекательной индустрии и многих других областях. Все, начиная от сетевых серверов, обрабатывающих миллионы 8 запросов в секунду, и заканчивая маленькими встроенными компьютерами, управляющими бытовыми устройствами, — все это является примерами применения ЭВМ. 25. ЦАП: назначение, классификация, принцип преобразования использованием матрицы R-2R. Применение микросхем ЦАП. с ЦАП предназначен для преобразования входной величины, представленной числовым кодом, в эквивалентную аналоговую величину. Эти преобразователи широко используются в системах автоматического управления, в цифровых системах обработки информации, в вычислительной технике. В ЦАП в качестве входного сигнала используются цифровые коды, а выходным сигналом является , как правило, напряжение. Принцип работы ЦАП состоит в суммировании эталонных значений напряжений (токов), соответствующих разрядам входного кода, причем в суммировании участвуют только те эталоны, для которых в соответствующих разрядах стоит "1". В этом случае входное напряжение определяется следующим образом: где U0 — опорное (эталонное) напряжение; k — коэффициенты двоичных разрядов, принимающие значение 0 или 1; n — разрядность входного кода. ЦАП с использованием матрицы R-2R. Цифроаналоговый преобразователь с взвешиванием токов прост для понимания принципов работы, однако обладает рядом недостатков. Первый из них — это требование к высокой точности изготовления резисторов. Если разброс тока старшего разряда окажется больше значения тока младшего разряда, то ЦАП не будет выполнять свою функцию. Второй недостаток связан с влиянием паразитных емкостей схемы. При больших разрядностях ЦАП с взвешиванием токов приходится применять высокоомные резисторы. Это приводит к большому времени заряда и разряда паразитной емкости микросхемы, что ограничивает ее быстродействие. Ну и, наконец, сами резисторы. Высокоомные резисторы занимают огромную площадь на кристалле микросхемы. Все эти недостатки привели к поиску другого схемотехнического решения цифроаналогового преобразователя. Таким решением стало применение матрицы R-2R. В этой матрице применяется всего два номинала резисторов. Принцип формирования опорных напряжений матрицей R-2R приведен на рисунке 1. 9 Рисунок 5 - Матрица резисторов R-2R В матрице резисторов R-2R формируется ряд напряжений, отличающихся друг от друга ровно в два раза. Рассмотрим этот механизм. В конце резистивной цепочки находятся два резистора с сопротивлением 2R. Эти резисторы одним концом соединены друг с другом, другие концы присоединены к корпусу схемы, то есть резисторы соединены параллельно. В результате их общее сопротивление равно R. При соединении резистора R и параллельного соединения двух резисторов 2R образуется делитель напряжения с коэффициентом деления 2. В результате напряжение на его выходе будет в два раза меньше напряжения на его входе. ЦАП применяются в измерительной технике (цифровые осциллографы, вольтметры, генераторы сигналов и т.д.), в бытовой аппаратуре (телевизоры, музыкальные центры, автомобильная электроника и т.д.), в компьютерной технике (ввод и вывод звука в компьютерах, видеомониторы, принтеры и т.д.), в медицинской технике, в радиолокационных устройствах, в телефонии и во многих других областях. Задание 5 Составить программу управления исполнительными механизмами в среде программирования Owen Logic Для выполнения задания 5 вам необходимо скачать и установить на компьютер программное обеспечение Owen Logic. Задание 1. Составить программу управления исполнительными механизмами в среде Owen Logic. При переводе программируемого реле в режим RUN электродвигатель задвижки №2 должен включиться и оставаться во включённом состоянии весь период работы реле. Электродвигатели задвижек №1 и №3 должны включаться по условию: при поступлении сигнала лог.1 от датчика давления должен включиться электродвигатель задвижки №1, при отсутствии сигнала – электродвигатель задвижки №3. 10 Рисунок 5 - Программа управления электродвигателем в среде Owen Logic 11 Список использованной литературы 1. Иванов В.Н. Электроника и микропроцессорная техника : учебник для СПО. М.: Академия, 2016. 288 с. 2. Андреев С.М., Парсункин Б.Н. Разработка и компьютерное моделирование элементов систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов: учебник для студ. СПО. М.: Издательский центр «Академия», 2017. 272 с. 3. Системы автоматизации в газовой промышленности: учеб. пособие/ под ред. М.Ю. Праховой. М.: Инфра- Инженерия, 2019. 480 с. 4. Компьютерные технологии и микропроцессорные средства в автоматическом управлении/ под ред. Б.А. Карташова: учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2013. 540с. 5. ПС 16.090 оборудования» «Электромонтажник домовых электрических систем и 6. ПС 16.082 «Работник по ремонту трансформаторов в инженерной инфраструктуре электроснабжения населения» 7. ПС 20.032 «Работник по обслуживанию оборудования подстанций электрических сетей». 12
