Шпаргалка по Цифровому устройству (стр. 1 из 9)

ВОПРОС 1.Одной из наиболее увлекательных и полезных областей применения электроники является сбор и обработка информации об эксперименте. Существует ряд наук, основанных на опыте и неспособных обойтись без него. Одна из таких наук – физика. Сигналы должны быть представлены в цифровом виде.Преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму осуществляется с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Получаемый цифровой сигнал вводится в управляющую ЭВМ или микроконтроллер с помощью портов ввода, обрабатывается, и выводится с использованием портов вывода. Обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Совокупность перечисленных элементов (датчик – АЦП – ЭВМ – ЦАП – исполнительное устройство) в различных комбинациях позволяет создавать системы управления широкого применения, использующиеся и для автоматизации научных исследований.

Что нужно для автоматизированного эксперимента?

-Экспериментальная установка. Но непростая, а оснащенная датчиками, измерительными устройствами для дистанционных измерений и если необходимо, исполнительными устройствами для дистанционного управления.

-Аппаратура. Измерительная и управляющая. Какие будут применяться приборы — зависит от выполняемого эксперимента

-Линии связи экспериментальной установки с аппаратурой. По ним передаются измерительные и управляющие сигналы.

-ЭВМ.

-Интерфейс. Это средство связи ЭВМ с аппаратурой. По интерфейсу осуществляется прием/передача данных и команд.

-Методика проведения автоматизированного эксперимента. Обязательно учитывает увеличение скорости сбора данных и объема данных, ориентируется на новые методы анализа данных.

-Программа на ЭВМ.

Обычно автоматизируются только два этапа эксперимента.

Этап 1.Процесс эксперимента (полного объема данных еще нет). I Управление приборами. Сбор данных. Простевшая первичная обработка данных. Запись данных на магнитный носитель для последующей обработки. Этап 2. Вторичная обработка данных (объем данных уже полный). 1 Выработка математических моделей. Описание опытных данных формулами. Создание базы данных. Использование данных в разработке теоретических моделей изучаемого процесса.
ВОПРОС 2

Обычно автоматизируются только два этапа эксперимента.

Здесь от ЭВМ требуется только способность управлять приборами в реальном времени. Но объем памяти и быстродействие для большинства экспериментов на этом этапе не критичны. Продуктивная активность ЭВМ сводится к посылке на прибор команды запуска процесса измерения, ожиданию готовности данных и. наконец, к приему от прибора уже готовых данных

Этап 2.
Вторичная обработка данных (объем данных уже полный). 1 Выработка математических моделей. Описание опытных данных формулами. Создание базы данных. Использование данных в разработке теоретических моделей изучаемого процесса.
Здесь от ЭВМ уже не требуется способность управлять приборами. Однако появляется необходимость в высоком быстродействии и достаточном объеме памяти.
Если на обоих этапах использовать одну ЭВМ, то мы наверняка встретимся с противоречивой ситуацией. Если ЭВМ мощная, то на этапе выполнения эксперимента она будет фактически простаивать. Если же ЭВМ слабая, то трудно будет выполнить серьезную вторичную обработку данных.ТАКИМ ОБРАЗОМ, ДЛЯ ЭВМ ОПТИМАЛЬНОЙ СС ПО ЗАТРАТАМ ОБОРУДОВАНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ТРОИЧНАЯ, А ЗАТЕМ, ЧУТЬ ХУЖЕ, ДВОИЧНАЯ. УЧИТЫВАЯ ТО, ЧТО МНОГИЕ АЛГОРИТМЫ АРИФМЕТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ В ДВОИЧНОЙ СС ВЫПОЛНЯЮТСЯ ПРОЩЕ, ЧЕМ В ТРОИЧНОЙ, И НАМНОГО БЫСТРЕЕ И УДОБНЕЙ ЗАПОМИНАТЬ И ПЕРЕДАВАТЬ ЦИФРЫ 1,0 (ВКЛЮЧЕНО, ВЫКЛЮЧЕНО), ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ В ЭВМ КОДИРУЕТСЯ, ПРЕОБРАЗУЕТСЯ И ЗАПОМИНАЕТСЯ В ДВОИЧНОЙ СС. КРОМЕ ДВОИЧНОЙ СС ИЗ-ЗА КРАТНОСТИ ОСНОВАНИЙ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ТАКЖЕ ВОСЬМЕРИЧНАЯ И ШЕСТНАДЦАТЕРИЧНАЯ СС, ЦИФРЫ И СИМВОЛЫ КОТОРЫХ КОДИРУЮТСЯ ДВОИЧНЫМИ ЭКВИВАЛЕНТАМИ.

ВОПРОС 3

Алгебра логики оценивает высказывания. Под высказыванием понимают любое утверждение, в отношении которого имеет смысл утверждать, истинно оно или ложно. Высказывания могут быть простыми и сложными (простыми - если они содержат одну простую законченную мысль, сложными - если образованы из двух или более простых высказываний). Простые высказывания называют логическими переменными, а сложные - логическими функциями этих переменных.

Считают, что высказывание равно 1, если оно истинно, и равно 0, если оно ложно. Два высказывания называют эквивалентными, если их значения истинности одинаковы.

Образование сложных высказываний из простых высказываний А, В, С,... осуществляется посредством основных логических операций (связей) НЕ, ИЛИ, И. Схемы, реализующие логические операции, называются логическими элементами.

Элементарные логические операции

-Конъюнкция (логическое умножение, операция И, AND).Для записи используется:

-Дизъюнкция (логическое сложение, операция ИЛИ, OR)

-Инверсия (отрицание, операция НЕ, NOT

Минимальный базис:

-Элемент И-НЕ реализует функцию двух переменных

-Элемент ИЛИ-НЕ реализует функцию:

ВОПРОС 5

Имея элементы, осуществляющие элементарные операции, можно выполнить любую сложную логическую операцию. Такую систему функций можно назвать полной системой или базисом.

Последовательно исключая из базиса функции, можно получить так называемый минимальный базис. Под минимальным базисом понимают такой набор функций, исключение из которого любой функции превращает полную систему в неполную.

С помощью логических операций И, ИЛИ, НЕ можно выразить любую другую из элементарных функций. Следовательно, эта совокупность логических функций образует базис. Это означает, что любая логическая функция, как бы сложна она ни была, может быть представлена через логические операции И, ИЛИ, НЕ. Иначе, можно построить любое логическое устройство, имея лишь три типа логических элементов, выполняющих операции И, ИЛИ, НЕ.

Базис И, ИЛИ, НЕ не является минимальным. Из этой совокупности функций можно исключить функцию И либо функцию ИЛИ и оставшийся набор будет удовлетворять свойствам базиса. Действительно, если исключить функцию И, то операцию И можно выразить через оставшиеся ИЛИ и НЕ, но это сложно, поэтому на практике используется не минимальный базис, включающий все три функции И, ИЛИ, НЕ.

Используются некоторые другие базисы. При этом выбранный набор логических функций будет удовлетворять свойствам базиса, если с помощью этого набора функций окажется возможным выразить функции И и НЕ (либо функции ИЛИ и НЕ).

• Базис образует функция Шеффера (И-НЕ) (рис. 2а). Элементов одного типа, реализующих функцию И-НЕ, достаточно для построения логического устройства произвольной сложности.

• Базис образует функция Вебба (ИЛИ-НЕ) (рис. 2б). Используя однотипные элементы, реализующие операцию ИЛИ-НЕ, можно построить логическое устройство произвольной сложности.

• В настоящее время базис И, ИЛИ, НЕ обычно используется при начальной стадии проектирования устройств для построения функциональной схемы. Для реализации устройств обычно используются базисы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. Элементы этого базиса широко выпускаются промышленностью в интегральном исполнении.

• Логические элементы могут быть выполнены на диодах, транзисторах и в интегральном исполнении. Интегральные логические элементы завоевали в последние годы основные позиции в электронном машиностроении. Интегральное исполнение логических схем обеспечивает высокую плотность размещения элементов, что значительно сокращает размеры, массу модулей, повышает их надежность, быстродействие и т. д.

• Наибольшее распространение получили интегральные элементы, построенные на транзисторах и использующие в качестве межкаскадных связей транзисторы (элементы транзисторно-транзисторной логики ТТЛ).

• Основой каждой серии является базовый логический элемент. Как правило, базовые логические элементы выполняют операции И - НЕ либо ИЛИ - НЕ и по принципу построения делятся на следующие основные типы: элементы диодно-транзисторной (ДТЛ), резистивно-транзисторной логики (РТЛ), транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), эмиттерно-связанной транзисторной логики (СТЛ), микросхема на так называемых комплиментарных структурах (КМДП или КМОП). Элементы КМДП (КМОП) цифровых микросхем используют пары МДП-транзисторов (со структурой металл-диэлектрик-полупроводник) - с каналами р- и n-типов.