Цифровое устройство управления подачи газа

Описание:
Доступные действия
Введите защитный код для скачивания файла и нажмите "Скачать файл"
Защитный код
Введите защитный код
Нажмите на изображение для генерации защитного кода

Текст:

Министерство образования и науки Российской Федерации

Профессионально-педагогический колледж

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю. А.»

Специальность: 09.02.01

Курсовой проект.

По профессиональному модулю ПМ01:

 «Проектирование цифровых устройств».

На тему: « Цифровое устройство управления подачи газа».

                                                                         Выполнила:                                   

                                                                         Студентка группы КСК-931

                                                                          _______ Маляренко Т.Б.                                

                                                                               Проверил ______: Блохин В.Н.

2015 г.

Задание

на курсовой проект

По дисциплине «Проектирование цифровых устройств»

Студенту (ке)   Маляренко Т.Б.            группы КСК-931            _               

Тема задания: Цифровое устройство управления подачи газа.             

                                                 (Спроектировать, модернизировать, изготовить).

Исходные данные алгоритм работы  устройства управления подачи газа задается с помощью логической функции F(x1x2x3x4)=(0011101010011101)

Пояснительная записка

Введение

1.Получение канонических форм

1.1. Совершенная дизъюнктивная нормальная форма

1.2. Совершенная конъюнктивная нормальная форма

1.3. Составление схемы СДНФ

1.4. Составление схемы СКНФ

2.Минимизация логических функции методом Квайна

2.1 Минимизация логической функции методом Квайна СДНФ

2.2 Минимизация логической функции методом Квайна СКНФ

3. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки

3.1. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки СДНФ

3.2. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки СКНФ

4. Минимизация логической функции методом Карт Карно

4.1. Минимизация логической функции методом Карт Карно СДНФ

4.2. Минимизация логической функции методом Карт Карно СКНФ

4.3. Составление схем МДНФ и МКНФ

5.Составление схем МДНФ в EWB

6. Разработка конструкторской документации устройства

7. Разработка печатной платы устройства

8. Расчет надежности схемы

.

Срок сдачи проекта:                                 Руководитель курсового проекта:

_________________                                 _____________________________

Содержание

Введение

1.Получение канонических форм

1.1. Совершенная дизъюнктивная нормальная форма

1.2. Совершенная конъюнктивная нормальная форма

1.3. Составление схемы СДНФ

1.4. Составление схемы СКНФ

2.Минимизация логических функции методом Квайна

2.1 Минимизация логической функции методом Квайна СДНФ

2.2 Минимизация логической функции методом Квайна СКНФ

3. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки

3.1. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки СДНФ

3.2. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки СКНФ

4. Минимизация логической функции методом Карт Карно

4.1. Минимизация логической функции методом Карт Карно СДНФ

4.2. Минимизация логической функции методом Карт Карно СКНФ

4.3. Составление схем МДНФ и МКНФ

5.Составление схем МДНФ в EWB

6. Разработка конструкторской документации устройства

7. Разработка печатной платы устройства

8. Расчет надежности схемы

Заключение.

Список использованных источников.

Введение.

Устройство подачи газа содержит специальные побудители - стабилизаторы расхода газа, а также клапаны для подачи анализируемого газа или эталонной смеси к датчику и клапан сброса лишнего газа из побудителя. Устройство измерения включает в себя резервированные газоанализаторы, фильтры и регулирующие вентили для установки требуемого расхода через анализатор. Программное устройство и устройства контроля ,преобразования и коррекции содержат электронные блоки ,определяющие программу работы всей системы и каждого элемента ,преобразующие сигнал анализатора в унифицированный сигнал и осуществляющие контроль исправности и коррекцию сигналов анализатора . Устройства сигнализации содержат вторичный прибор с контактным устройством и блок запоминания точки с опасной концентрацией.

В данном курсовом проекте рассматривается устройство работающее по постоянному алгоритму. Такие устройства, называются устройствами с жесткой логикой. Достоинствами таких устройств по сравнению с программируемыми является: простота схемы, высокое быстродействие, не высокая стоимость.

Алгоритм работы проектируемого устройства управления подачи газа может быть задан с помощью логической функции. Функция может быть задана с помощью логического выражения или таблицы истинности. В данном курсовом проекте алгоритм работы цифрового устройства управления подачи газа задан с помощью таблицы истинности. На основании которой должна быть составлена логическая функция.

Под комбинационным цифровым устройством (КЦУ) понимается цифровое устройство, обеспечивающее преобразование совокупности N входных цифровых сигналов в M выходных, при этом состояние выходных сигналов в данный момент времени определяется состоянием входных сигналов в этот же момент времени. Иными словами, КЦУ «не помнит» предыстории поступления сигналов на его входы. Правила функционирования КЦУ определяются реализуемыми ими функциями алгебры логики.Реализация КЦУ предполагает выбор определенных логических элементов из заданного набора и их соединение таким образом, чтобы обеспечивалась зависимость цифровых выходных сигналов от входных с заданными правилами функционирования. При реализации КЦУ широко используются интегральные комбинационные логические микросхемы малой степени интеграции, образующие основу элементной базы цифровой электроники. В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом, выпускается широкая номенклатура комбинационных микросхем малой степени интеграции ТТЛ-, ЭСЛ- и КМОП-типов. При выборе конкретной микросхемы необходимо руководствоваться видом реализуемой ею логической функции, быстродействием, нагрузочной способностью и возможностью совместимости электрических характеристик входных и выходных сигналов с остальными элементами схемы.

Целью курсового проекта является:

1. Проектирование цифрового комбинационного устройства выполняющего функции управление подачи газа по заданной таблице истинности.

2. Произвести минимизацию полученных нормальных форм различными методами :

- метод Квайна,

- метод Квайна-Мак-Классики,

- метод карт Вейча (Карно)

3.С целью проверки правильности проведенной минимизации осуществляем моделирование схемы в программе EWB .

4.Для практической реализации данной схемы выбираем по справочнику реальные микросхемы .

5.Разработка конструкторской документации в виде электрической принципиальной схеме ,перечень элементов  и печатной платы устройства

6. В заключении производим расчет надежности

  1. Получение канонических форм

Логическая функция задана следующей таблицей истинности:

Таблица 1. Таблица истинности.

X1

X2

X3

X4

F

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

0 

1

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1.1 Совершенная дизъюнктивная нормальная форма

СДНФ (Совершенная Дизъюнктивная Нормальная Форма) — этотакая ДНФ, которая удовлетворяет трём условиям:

·         в ней нет одинаковых элементарных конъюнкций

·         в каждой конъюнкции нет одинаковых пропозициональных букв

·         каждая  элементарная конъюнкция  содержит  каждую  пропозициональную  букву из входящих в данную ДНФпропозициональных букв, причем в одинаковом порядке.

Из таблицы истинности берем логические элементы ,чтобы построить СДНФ

F(x)СДНФ = X1 X2 X3 X4 +X1X2X3 X4+X1X2X3 X4+X1X2X3X4 +X1X2X3X4 +X1 X2X3X4+X1X2X3X4+X1 X2X3X4+X1X2X3X4

 

 

 

1.2 Совершенная конъюнктивная нормальная форма

 

Совершенной конъюнктивной нормальной формой (СКНФ) называется такая КНФ, у которой в каждую простую дизъюнкцию входят все переменные данного списка (либо сами, либо их отрицания), причем в одинаковом порядке. Из таблицы истинности берем логические элементы ,чтобы построить СКНФ

F(x)СКНФ==(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)

1.3 Составление схемы СДНФ

Составляем схему полученной СДНФ с помощью базисных элементов И, ИЛИ, НЕ

Рисунок 1 – Схема полученной СДНФ

1.4 Составление схемы СКНФ

Составляем схему полученной СКНФ с помощью базисных элементов И, ИЛИ, НЕ:

Рисунок 2 – Схема полученной СКНФ

2.Минимизация логических функции методом Квайна

        2.1 Минимизация логической функции методом Квайна СДНФ

Метод основан на операциях склеивания и поглощения. Операция    склеивания производится по правилу: Z(X+X) = Z, где Z произвольная комбинация символов. Операция поглощения выполняется по правилу: М(1+Х)=М. Сначала выполняется операция склеивания, затем операция поглощения. При поглощении из логического выражения удаляются все члены, поглощенные членами, полученными при склеивании.

Находим МДНФ (минимальную дизъюнктивную нормальную форму). Для этого с помощью операции склеивания из СДНФ сначала получаем сокращенную форму:

                            1             2                3                   4               5        6

F(x)СДНФ = X1 X2 X3 X4+X1X2X3 X4+X1X2X3 X4+X1X2X3X4 +X1X2X3X4 +X1            

 

                                7                              8                 9

X2X3X4+X1X2X3X4+X1 X2X3X4+X1X2X3X4

1,2=( X1 X2 X3)

1,4=( X1 X3 X4)

1,9=( X1 X2 X4)

2,6=( X2 X3 X4)

3,4=( X1 X2 X4)

3,7=( X2 X3 X4)

3,9=( X1 X3 X4)

5,7=( X1 X3 X4)

5,9=( X2 X3 X4)

7,8=( X1 X2 X3)

Получили сокращенную форму, строим импликантную матрицу:

Таблица 2. Импликантная матрица МДНФ

Простые импликанты

Члены СДНФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

X1 X2 X3

x

x

X1 X3 X4

x

x

X1 X2 X4

x

x

X2 X3 X4

x

x

X1 X2 X4

x

x

X2 X3 X4

x

x

X1 X3 X4

x

x

X1 X3 X4

x

x

X2 X3 X4

x

x

X1 X2 X3

x

x

В левом столбце таблицы 2 записываем члены сокращенной формы (простые импликанты), в верхней строке – члены СДНФ. В минимальную форму войдут те члены сокращенной формы, с помощью которых можно представить все члены СДНФ.

F(МДНФ)=( X1 X3 X4)+( X2 X3 X4)+( X1 X3 X4)+( X1 X3 X4)+( X1 X2 X3)

2.2 Минимизация логической функции методом Квайна СКНФ

F(x)СКНФ==(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)

1,2=( X1 X2 X3)

2,3=( X1 X3 X4)

2,5=( X2 X3 X4)

3,4=( X1 X2 X4)

6,7=( X1 X3 X4)

Получили сокращенную форму, строим импликантную матрицу

Таблица 3.Импликантная матрица МКНФ.

Простые

импликнты

Члены МКНФ

1

2

3

4

5

6

7

X1 +X2 +X3

х

х

X1 +X3 +X4

х

х

X2 +X3 +X4

х

х

X1 +X2 +X4

х

х

X1 +X3 +X4

х

х

      В левом столбике таблицы записываем члены сокращённой формы (простые импликанты), в верхней строке – члены СКНФ .  В минимальную форму войдут те члены сокращённой формы, с помощью которых можно представить все члены СКНФ.

F(МКНФ)=( X1 +X2 +X3 )( X2 +X3 +X4)( X1 +X2 +X4)( X1 +X3 +X4)

3. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки

3.1. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки СДНФ

Получение МДНФ.

F(x)СДНФ = X1 X2 X3 X4 +X1X2X3 X4+X1X2X3 X4+X1X2X3X4 +X1X2X3X4 +X1

X2X3X4+X1X2X3X4+X1 X2X3X4+X1X2X3X4

Выполним операцию попарного склеивания:

1,2=( 00*1)

1,4=(0*10)

1,9=( 00*0)

2,6=( *001)

3,4=( 01*0)

3,7=( *100)

3,9=( 0*00)

5,7=( 1*00)

5,9=( *000)

7,8=(110*)

Получили сокращенную форму, строим импликантную матрицу:

Таблица 4.Импликантная матрица МДНФ.

Члены МДНФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

00*1

    x

x

0*10

x

x

 

00*0

x

x

*001

x

x

01*0

x

x

*100

x

x

0*00

x

x

1*00

x

x

*000

x

x

110*

x

x

F(МДНФ)=( 0*10)+( 00*0)+( *001)+( 0*00)+( 1*00)+( 110*)

3.2. Минимизация логической функции методом Квайна-Мак-Класки СДНФ

Получение МКНФ.

F(x)СКНФ==(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)

1,2=( 1+1+1+*)

2,3=( 1+*+1+0)

2,5=( *+1+1+0)

3,4=(1+0+*+0)

6,7=( 0+*+0+1)

Получили сокращенную форму, строим импликантную матрицу

Таблица 5.Импликантная матрица МКНФ.

Простые

импликнты

Члены МКНФ

1

2

3

4

5

6

7

1+1+1+*

х

х

1+*+1+0

х

х

*+1+1+0

х

х

1+0+*+0

х

х

0+*+0+1

х

х

F(МНКФ)=( 1+1+1+*)(*+1+1+0)( 1+0+*+0)( 0+*+0+1)

          4.Минимизация логической функции методом Карт Карно.

4.1. Минимизация логической функции методом Карт Карно СДНФ.

Получение МДНФ

F(x)СДНФ = X1 X2 X3 X4 +X1X2X3 X4+X1X2X3 X4+X1X2X3X4 +X1X2X3X4 +X1 X2X3X4+X1X2X3X4+X1 X2X3X4+X1X2X3X4

I: n=4; 2k=2; k=1; n-k=3; F= Х1 *Х4

II: n=4; 2k=;2 k=1; n-k=3; F= Х2 *Х3*Х4

III: n=4; 2k=2; k=1; n-k=3; F= Х1 Х2 *Х4

IV: n=4; 2k=2; k=1; n-k=3; F= Х2 *Х3 *Х4

        F(МДНФ)  = Х1 *Х4 + Х2 *Х3*Х4 + Х1 *Х2 *Х4 + Х2 *Х3 *Х4

4.2. Минимизация логической функции методом Карт Карно СКНФ.

Получение МКНФ

СКНФ=(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)(Х1+Х2+Х3+Х4)

           Х2           Х2                         

1

1

1

 1                                   

   1                                                          

1

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

Х1

 


Х1
                  Х3                                    Х3                 

II           I              Х3          III

I: n=4; 2k=2; k=1; n-k=3; F= Х1+Х4

II: n=4; 2k=;2 k=1; n-k=3; F= Х1+Х3

III: n=4; 2k=2; k=1; n-k=3; F= Х1 +Х2 +Х3

F(МКНФ)= (Х1+Х4)( Х1+Х3)( Х1 +Х2 +Х3)

4.3 Составление схем МДНФ и МКНФ.

Рисунок 3 – Схема МДНФ

Рисунок 4 – Схема МКНФ

5.Составление схем МДНФ в EWB.

Проверили работоспособность МДНФ

6. Разработка конструкторской документации устройства.

7. Разработка печатной платы устройства.

8. Расчет надежности схемы .

Надежность-это свойство изделия ,выполнять заданные функции ,сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных предметах в течении требуемого промежутка времени . Если в составление прибора входят группы однотипных элементов работающих в одном режиме ,то интенсивность отказов прибора в целом в целом ˄   будет связанна с интенсивностью отказов отдельных элементов формулой.

где K- число групп однотипных элементов.

mj  - число элементов одной группы .

λj- интенсивность отказов элементов группы .10-6 час/λ

aj-эксплуатационный коэффициент учитывающий влияние эксплуатационных факторов на интенсивность   отказов одной группы.

Нумерация

Тип элемента

Кол-во

Интенсивность

отказа λ=10-6 1/час

1

Резисторы (керамические)

5

0.9

2

Светодиоды

1

0.5

3

Микросхема керамическая

4

0,01

4

Переключатель тумблера

4

0.123

5

Провода соединительные

36

0.12

6

Пайка

62

0.04

Расчет интенсивности отказов устройства в целом.

 = λ1N1+ λ2N2+ λ3N3….+ λnNn

 = (0.9*5+0.5*1+0.01*4+0.123*4+0.12*36+0.04*62)*10-6=12.332*10-6 1/час

Расчет вероятности безотказной работы за t=1000 часов.

P(t)=

P(t)=1-12.332-6*1000=99.77%

По полученной вероятности можно сказать ,что данная схема очень надежная и по истечению срока работы 1000 часов, из 100 взятых элементов откажет 1 ,или 0 элементов.

Заключение.

В ходе данной работы был спроектирован узел цифрового комбинационного устройства, реализующий полученные минимальную дизъюнктивную и конъюнктивную формы СДНФ и СКНФ заданной логической функции. Также были составлены в базисе И,ИЛИ,НЕ принципиальные схемы спроектированного узла. После чего были использованы 3 метода ,для минимизации СДНФ и СКНФ: карта Карно, Квайна, Квайна-Мак-Класки. Результаты минимизации этими методами показали, что полученные минимизируемые функции разными методами совпадают. Что говорит о правильности проведенной минимизации. После минимизации была составлена схема МДНФ в программе моделирование электронных схем . Потом были спроектированы схемы полученных (МДНФ и МКНФ) в базисе И,ИЛИ,НЕ. Для практической реализации выбираем микросхемы : DD1-K155ЛН1(одна штука),DD2-К155ЛИ4(две штуки),DD3-К155ЛЛ1(одна штука). После всего этого была спроектирована печатная плата и разработана конструкторская документация в виде электрической принципиальной схемы , перечень элементов. И в заключении всей работы ,был произведен расчет надежности всей схемы ,который показал ,вероятность безотказной работы составляет 99,77 %. По полученной вероятности можно сказать ,данная схема очень надежная и по истечению срока работы 1000 часов ,из 100 взятых элементов откажет 1 ,или 0 устройства.

Список использованных источников.

1. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. 2003- 338 с.

2. Горбатов В.А. Основы дискретной математики. Учебное пособие   для вузов.- М.:Высш.Шк.,1986-311 с.  

3. Токхейм. Основы цифровой электроники.- Москва: «Мир»,1988.-391с.        

4. Справочник «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги». Нефедов А.В 1997-2003.    

Информация о файле
Название файла Цифровое устройство управления подачи газа от пользователя tuneqeke
Дата добавления 10.5.2020, 20:52
Дата обновления 10.5.2020, 20:52
Тип файла Тип файла (zip - application/zip)
Скриншот Не доступно
Статистика
Размер файла 336.65 килобайт (Примерное время скачивания)
Просмотров 2265
Скачиваний 141
Оценить файл