Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 [ 152 ] 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

ном исполнении наиболее полных в функциональном смысле с обязательным учетом условий применения и метрологических характеристик. Оценка пригодности выбранной структуры реализуется при проверке возможности создания звеньев ЦИП с заданными характеристиками на выбранной элементной базе.

Если задача не может быть решена на выбранных элементной базе и структуре, то применяют гибридные звенья или звенья на дискретных более стабильных элементах, применяют известные методы улучшения метрологических характеристик или переходят к другой структуре.

6. Разработку функциональных схем звеньев выполняют с учетом выводов по предыдущему этапу. Окончательный выбор элементной базы.

7. Синтез цифрового автомата согласно методики (п. 12.3) и с учетом выбранного типа интерфейса (п. 12.6).

8. Выполняется разработка принципиальных схем звеньев, расчет параметров их элементов, составление принципиальной схемы ЦНП.

9. Рассчитываются составляющие суммарной погрешности ЦИП. Суммирование погрешностей выполняется с учетом их распределений и наличия корреляционных связей между ними.

10. Разрабатываются интерфейсные средства ЦИП согласно ГОСТ 26.003- 80 (п. 12). В качестве доступных интерфейсных средств ЦИП целесообразно использовать (в зависимости от исходных данных) многофункциональный буферный регистр КР589ИР12, параллельно-программируемый интерфейс К 580ИК55 или последовательно-программируемый интерфейс К 580ИК51 микропроцессорного комплекса К580.

11. Разрабатываются средства отображения информации с использованием рекомендаций п. 7.5 и п. 7.6.

В целом при проектировании ЦИП необходимо ориентироваться на реализацию основных принципов создания средств измерения (п. 12.1).

12.3. ОСНОВЫ СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ АВТОМАТОВ ЦИП

Возрастающий объем и разнообразие измерительно-преобразовательных процессов приводят к необходимости использования агрегатного принципа построения ЦИП. Решение задач, связанных с организацией совместной работы агрегатов или систем унифицированных модулей, требует разработки и создания управляющих устройств, координирующих работу ЦИП. Процесс разработки управляющих устройств сводится к решению задачи синтеза цифровых управляющих автоматов с учетом конкретных метрологических характеристик, требований и ограничений.

Задачу синтеза таких автоматов можно сформулировать следующим образом: при заданных ограничениях по быстродействию и точности, при известных входных переменных и выходной функции - необходимо спроектировать логическое устройство, позволяющее реализовать заданную выходную функцию. Каждая логическая операция реализуется физическим .элементом. Таким образом удается соединить математическую задачу синтеза логической схемы с инженерной задачей проектирования электронной схемы.

В общем случае весь процесс синтеза цифровых автоматов ЦИП целесообразно разделить на три этапа: логический синтез; выбор средств реализации автомата; инженерная реализация автомата.

Исходными данными для синтеза цифровых автоматов ЦИП являются: область применения ЦИП; метрологические характеристики ЦИП; экономические предпосылки разработки и создания ЦИП.

В качестве обобщенной структуры цифрового автомата можно использовать структуру, представленную совокупностью комбинационной схемы (Кс) и некоторого, множества элементов памяти, соединенных между собой определенным образом (рис. 12.1). Цифровой автомат имеет п физических входов, на которые поступают входные воздействия (х, х, Xs, .... Хп), Р - элементов памяти, с выходными сигналами (Qj.....Qp) и k выходных сигналов (у, .....yk), которые

являются управляющими воздействиями и подключаются к управляющим входам соответствующих блоков ЦИП.



>У1 *Ук

Пользуясь данной моделью внутренние и выходные сигналы автомата можно представить системой переключательных функций: функций переходов (внутренние сигналы)

Qi = fi(X, Х„ Хз, ... . Х„; <3i, Q„

Qp):

функций выходов (выходные сигналы) У1 = 1 (1, Хз, ... , х; Qi, Qa, Сз. ... . Qp).

Последовательность перехода автомата из одного устойчивого состояния в другое должна быть строго детерминирована, исключающая случайные переходы и состояние состязания. При этом алгоритм функционирования ЦИП должен быть составлен таким образом, чтобы получение значения измеряемой физической величины - происходило с минимальными временными и материальными затратами.

Рис. 12.1. Обобщенная струк тура цифрового автомата.

Методика синтеза цифровых автоматов ЦИП

1. Логический синтез.

1.1. Составление словесного описания работы ЦИП.

1.2. Расчет метрологических характеристик ЦИП.

1.3. Построение временной диаграммы работ ЦИП.

1.4. Составление схемы алгоритма работы ЦИП и определение числа устойчивых состояний цифрового автомата.

1.5. Построение графа работы автомата.

1.6. Составление системы переключательных функций цифрового автомата.

1.7. Минимизация переключательных функций автомата согласно методике, изложенной в п. 7.2.

2. Выбор средств реализации автомата.

2.1. Выбор по результатам, полученным в п.п. 1.2; 1.3; 1.4 и 1.7 элементной базы реализации автомата. При этом возможны следующие варианты: использование программируемых микропроцессорных наборов; использование «жесткой логики», непрограммируемых интегральных схем; использование сочетания программируемых и непрограммируемых средств.

Первый вариант называется программной реализацией цифрового автомата; второй - аппаратный, а третий - программно-аппаратный.

В настоящее время существует ряд условий выбора рациональной реализации цифровых автоматов. Например, одно из них, учитывающее сложность решаемой измерительной задачи алгоритма функционирования состоит в следующем: при сложных измерительных задачах и при необходимости обеспечения возможности перестройки алгоритма целесообразно применить программную реализацию; при сравнительно простых задачах и при неизменных алгоритмах функционирования - аппаратную реализацию.

Однако эти условия носят только качественный характер, и на практике для решения задачи выбора [между аппаратной или программной реализацией цифрового автомата удобно пользоваться алгоритмом, представленным на рис. 12.2.

Условные вершины граф-схемы алгоритма выбраны из следующих условий: а) если разрабатываемое средство представляет собой ИИС или мультиметр - программная; если ЦИП - аппаратная реализация; б) удовлетворяет ли быстродействие существующих микропроцессорных средств требуемому быстродействию средств измерения или нет; в) предпола-


Рис. 12.2. Алгоритм выбора вида реализации цифрового автомата.



6РВД

Изменение чуешвителшш

Рис. 12.3. Структуры цифрового частотомера.

гается ли в дальнейшем увеличение числа функций, реализуемых данным средством измерения или нет; г) если необходимо запоминать большое число состояний и результатов обработки, то используется программная реализация; д) предполагается ли использовать данный ЦИП в составе других более сложных технических систем или нет. Если да-то программная реализация. 3. Инженерная реализация автомата

3.1. Выбор варианта реализации автомата по результатам логического синтеза.

3.2. Разработка принципиальных электрических схем автомата с учетом возможностей элементной базы при аппаратной реализации.

3.3. Составление и отладка программы функционирования автомата при программной реализации.

Пример синтеза цифрового автомата цифрового частотомера

1. Логический синтез

1.1. В соответствии с назначением ЦИП и согласно его структуре и временной диаграммы, изображенных на рис. 12.3 и 12.4, составляем словесное описание работы цифрового частотомера. При этом на структурной схеме необходимо изобразить цифровой автомат в виде отдельного блока с обозначением связей с остальными блоками частотомера и с указанием функций, выполняемых автоматом посредством канадой связи. По сигналу пуска автомат вырабатывает в момент времени команду «Пуск», по которой мера времени МВ - формирует, в соответствии с данными, введенными с блока ручного ввода данных- БРВД, временной интервал Ти,- «Время измерения», который длится до момента времени i. По команде «Время измерения» открывается ключ SW и иа счетчик импульсов СТ поступают импульсы частоты f. В счетчик импульсов за время Т

вапишется код Nx

Nx-TJ-

По окончании временного интервала Т„ цифровой автомат формирует команду «Перепись», по которой содержимое счетчика импульсов СТ переписывается в регистр числа RG. Затем автомат вырабатывает команду «Сброс», по которой СТ сбрасывается в нуль. После этого выдается команда на индикацию результата . измерения. По истечении времени отображения информации, автомат вырабатывает команду «Исх. состояние», по которой все блоки переходят в исходное состояние. На этом работа прибора закончена.

Кроме указанных функций цифровой автомат в соответствии с данными блока БРВД выбирает предел измерения, изменяет соответственно разрядность ЦОУ и формирует необходимое время отображения результата измерения, устанавливает требуемую чувствительность по входу. Перечисленные функции выполняются в период «Подготовка» с момента времени ?о до h-

1.2. Исходя из заданных метрологических характеристик рассчитываем время измерения допустимый диапазон изменения частоты измеряемого сигнала fx по заданному значению допустимой погрешности. Если измеряем

по Тх, то рассчитываем частоту квантующего генератора и допустимую погрешность выполнения операции деления





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 [ 152 ] 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166