Елементи двійкового керування

Для реалізації двійковогокерування (називають його також логічним керуванням) потрібні елементи, за допомогою яких можна перетворювати двійковісигнали, напр., сигнали, характерні для ланок (сигналізаторів) сенсорів руху. Двійковекерування зі складним перетворенням сигналів здійснюють за допомогою електронних схем (мікросхем) або за допомогою систем програмованого керування з мікропроцесором. Незалежно від того, чи сигнали переносяться механічно, пневматично чи електрично, розрізняють три основні логічні функції: кон’юнкція (функція І), альтернатива або вибір (функція АБО), а також заперечення (функція заперечення, функція НІ). Ці функції будуть представлені нижче у вигляді таблиць функції, рівнянь двійкової алгебри і у вигляді схеми перемикаючої системи, виконаної із застосуванням різної техніки (див. також розд.2.2.3).

Елемент І (елемент кон’юнкції) утворює на своєму виході сигнал значенням 1, якщо на обидва його входи подані сигнали значенням 1; значення 0 і 1 відповідають двом значеннями електричної напруги, робочого тиску і т.п. (табл. 9.2).

Реалізація функції І (кон’юнкції) Таблиця 9.2
Символ елемента Таблиця функції   Спосіб запису				вентиль подвійного сигналу
Електрична (за допомогою контактів реле)	Електронна (за допомогою транзисторів)	механічна	пневматича

У таблиці функції подані всі можливі комбінації значень вхідних сигналів а, b і відповідне для функції кон’юнкції значення сигналу виходу x. Якщо на входи а, b подати сигнал 0, то на виході x отримуємо 0. Вводячи на вхід а сигнал 0 і на вхід b сигнал 1, або навпаки - на вхід а сигнал 1 і на вхід b сигнал 0, також отримуємо сигнал 0 на виході. Тільки у випадку, коли вхідні сигнали а і b є одиницями (1), сигнал виходу є також одиницею (1).

У двійковій алгебрі ця залежність записується як функція перемикання (вимовляють: x рівне a/b).

Електрична реалізація функції І здійснюється через послідовне з'єднання контактів. Тільки тоді, коли контакти а і b замкнені, протікатиме струм через котушку реле і контакт x замкнеться (табл. 9.2).

Функцію І електронними засобами реалізують різними способами, залежно від виду застосованих напівпровідникових елементів. Наприклад, через резистор R потече струм (відповідно на R з'явиться напруга) тільки тоді, коли на бази двох транзисторів а і b буде прикладена напруга керування (табл. 9.2).

Механічно функцію І можна здійснити, наприклад, колінчастими (шарнірними) важелями (табл. 9.2). Тільки тоді, коли обидва стрижні а і b будуть втягнені (сигнал 1), стрижень x висунеться вправо (сигнал 1).

Пневматично дію (функцію) І можна отримати шляхом послідовного з'єднання двох роздільних моно-стабільних вентилів, які вводяться в дію, напр., через напірні сигнали (табл. 1). Обидва клапани мають певні стани спокою. Після подачі тиску (сигнал 1) на обидва керуючі входи вентилів, на виході x також з'явиться тиск. У пневматиці як елементи кон’юнкції застосовують переважно клапани подвійного сигналу (табл. 9.2).

Елемент АБО (елемент альтернативи, вибору) подає на вихід сигнал 1, якщо на його один абодругий входи, чи на обидва входи подається сигнал 1. Тільки якщо на двох входах є нулі, тоді сигнал виходу також рівний 0 (тaбл. 9.3).

Залежність між вхідними та вихідними сигналами описує таблиця функції або функція перемикання (говорять: x рівне а або b).

Реалізація функції АБО (альтернативи, вибору). Таблиця 9.3
Символ елемента Таблиця функції   Спосіб запису				вентиль - перемикач напрямку
Електрична (за допомогою контактів реле)	Електронна (за допомогою транзисторів)	механічна	пневматична

Електрично функція АБО реалізується через паралельне з'єднування контактів. Якщо замкненим буде контакт а або контакт b (або обидва), то реле буде ввімкнене і відповідно замкненим буде контакт x.

Електронно функція АБО реалізується подачею вхідних сигналів на бази з'єднаних паралельно транзисторів. Коли на один або на обидва входи (бази) транзисторів подається додатна напруга, то ввімкненим буде один або обидва транзистори і на резисторі R з'явиться спад напруги. Отже, на виході x з'явиться додатний сигнал напруги.

Механічно дію АБО можна здійснити натисканням стрижня (сигнал 1) а або b, або разом обох стрижнів; тоді стрижень x висунеться вправо (сигнал 1).

Пневматично дію АБО можна отримати об'єднанням двох керуючих вентилів. Активізацією а або b чи обох вентилів досягається поява тиску на виході (з’єднанні) x. Реалізувати функцію АБО можна також за допомогою вентиля - перемикача напряму.

Елемент заперечення викликає зміну значення сигналу. При сигналі 1 на вході - на виході маємо сигнал 0, а при сигналі 0 на вході - сигнал 1 на виході (табл. 9.4). Перемикаючу функцію записують як x = (говорять: x не дорівнює а).

Реалізація функції НІ (заперечення) Таблиця 9.4
Таблиця функції а І х Спосіб запису x =
Електрична (за допомогою контактів реле)	Електронна (за до­помогою транзисторів)	механічна	пневматична

Електрично реалізувати функцію НІ (заперечення сигналу) можна за допомогою реле з одним розмикаючим контактом. Якщо котушка реле буде ввімкненою, то контакт реле буде розімкненим; якщо котушка буде вимкненою, то контакт реле буде замкнутим.

Електронно функція заперечення реалізована подачею додатної напруги (сигнал 1) на базу транзистора (табл. 9.4). Протікання струму через транзистор викликає спад напруги на резисторі R, який спричинює на виході спад напруги близько 0 В, а отже сигнал 0. Якщо на базі немає напруги (сигнал 0), то транзистор не відкривається і на виході x є напруга, тобто сигнал 1.

Механічний елемент заперечення змінює напрям переміщення стрижнів. Переміщення стрижня а вправо (сигнал 1) викликає переміщення стрижня x вліво (сигнал 0), а коли стрижень а висунеться вліво, то стрижень x переміститься вправо (сигнал 1).

Для пневматичного здійснення функції заперечення можна застосувати один моностабільний закриваючий (відкритий в стані спокою) вентиль.

У групі інтегрованих мікросхем (об'єднаних в одне ціле) особливо часто застосовують елементи ТТL ( aнгл. Transistor-Transistor-Logic). Номінальна напруга перемикання становить 5 В. Для сигналу 0 значення напруги повинно знаходитись між 0 В і 0,4 В, а для сигналу 1 - між 2,4 В і 5,5 В. Інша техніка реалізації інтегрованих систем - це: IІL (aнгл. Integrated Injection Logic), ECL (англ. Emitter-Coupled Logic), а також для систем з великим ступенем інтеграції - техніка MOS (aнгл. Metal-Oxide-Silicon).

Реалізація багатьох функцій.

Функції І, а також АБО можуть мати багато входів або можуть бути пов'язані із запереченням; (aнгл. NAND = NOT AND = НI І, функція заперечення кон’юнкції; англ. NOR = NOT OR = НІ АБО, функція заперечення альтернативи). Ці функції можуть також поєднуватися між собою і бути як одна складена функція (табл. 9.5).

Тут слід згадати, що в записі рівнянь функції поряд з символами v (АБО) і Λ (I), використовуються також символи + (АБО) і • (I). Електронні кола перемикання найкраще розміщувати в одному корпусі мікросхеми (в одному чіпі, англ. Сhip), напр., в одному чіпі з функцією NAND.

Дата добавления: 2014-01-07