9. Автоматы

1. Автомат в системе управления

2. Структурный автомат

3. Аппаратная реализация автоматов

4. Вопросы и задания для самоконтроля

Автоматом называется самостоятельно действующее устройство, выполняющее по заданной программе без непосредственного участия человека, процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материала и информации. Поэтому цифровую схему можно рассматривать как автомат по обработке цифровой информации (двоичных сигналов). Цифровые схемы делятся на комбинационные и последовательностные.

Комбинационная схема устанавливает однозначное соответствие между входным и выходным двоичными числами в любой момент времени и поэтому является автоматом без памяти, т.к. совокупность выходных сигналов зависит только от совокупности входных сигналов, присутствующих в данный момент. Таким образом, выходные сигналы автомата без памяти в любой момент времени определяются сигналами на его входе в этот момент и не зависят от сигналов, поступавших ранее.

Выходные сигналы последовательностной схемы зависят не только от сигналов, присутствующих на входе в текущий момент, но и от сигналов, присутствовавших ранее на входах. Таким образом, последовательностная схема будет являться некоторым автоматом с памятью отражающей ранее поступившие на вход сигналы. Выходные сигналы автоматов с памятью зависят от входных сигналов и от предыстории автомата, т.е. сигналов, присутствовавших на его входе в предшествующие моменты времени.

Цель главы – ознакомление с принципом действия, программированием алгоритма работы и особенностями схемных реализаций структурных автоматов.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:

• назначение автомата в системе автоматического управления,

• способы задания алгоритма работы автомата,

• типы автоматов,

• типовых схемы автоматов,

• схемы подключения объектов управления к автоматам,

• требования к элементной базе.

Поскольку выходные сигналы автомата с памятью зависят и от предыстории автомата, т.е. сигналов, присутствовавших на его входе в предшествующие моменты времени, то такой автомат должен содержать функциональные элементы памяти. Предыстория автомата отражается в памяти автомата изменением его внутреннего состояния. При электронной реализации автомата внутреннее состояние связывают с содержимом внутреннего запоминающего регистра, который хранит двоичный код присвоенный текущему состоянию. Т.о. состояние автомата представлено двоичным кодом состояния (числом), которое присваивается каждому состоянию (обычно в порядке возрастания двоичных чисел).

Примером автомата с памятью может служить устройство управления включающее исполнительный механизм (ИМ) при втором нажатии пусковой кнопки. На вход такого автомата поступает сигнал логической "1" или логического "0" в зависимости от состояния кнопки. Выход автомата подключен к ИМ. Последовательность входных сигналов для включения ИМ должна быть: 0101 (рис.9.1.). Первый ноль соответствует начальному сигналу от не н ажатой кнопки, единица соответствует сигналу от нажатой кнопки.

Для различения событий появления на входе автомата второго "0" от исходного сигнала "0" необходимо эти события связать с различными внутренними состояниями автомата, которые можно пронумеровать двоичными числами: исходное состояние (0), состояние после первого включения (1) и т.д. Таким образом, для данного примера мы имеем 4 состояния: 00₂, 01₂, 10₂, 11₂.

Таким образом, можно выделить 4 состояния автомата: исходное (00), после первого нажатия кнопки (01), после отпускания кнопки (10), после второго нажатия (11).

В синхронных автоматах, работающих в дискретном времени, изменение (запоминание нового состояния) осуществляется по фронту синхросигнала, поступающего от внешнего генератора. Для запоминания кода текущего состояния используются триггеры и регистры. Для запоминания двоичного числа (кода состояния) в данном примере необходимо 2 триггера.