151608 (Технология работы шагового двигателя), страница 3
Описание файла
Документ из архива "Технология работы шагового двигателя", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "физика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "151608"
Текст 3 страницы из документа "151608"
2.2 Разработка схемы управления двигателем
2.2.1 Получение последовательности выходных импульсов
Для того чтобы реализовать управляющие импульсы, воспользуемся подходом построения счетчика с произвольным порядком счета.
Необходимость в таких устройствах возникает при проектировании автоматов для выдачи отдельных сигналов включения и выключения устройств в определенной последовательности.
Рассмотрим построение такого счётчика на JK-триггерах. Получим последовательность выходных состояний счётчика. Для этого определим величину одного кванта времени D как наибольший общий делитель (НОД) из длительностей импульсов и интервалов между ними для всех выходов (рис.20-21).
Результатом является квант времени D, равный 0.35mc.
Выходная последовательность будет иметь вид РА0, РА1, РА2, РА3.
Необходимо доопределить 4-разрядные коды (РА0, РА1, РА2, РА3) до n-разрядных таким образом, чтобы среди них не было одинаковых.
n по формуле:
,
где – знак округления до ближайшего справа целого числа.
m – количество выходов;
к – максимальное число одинаковых кодов.
В нашем случае, m=4, k=15, n=8.
Чтобы исключить одновременного изменения состояния двух разрядов, будем доопределять последовательность кодами Грея. Код Грея относится к таким, в которых при переходе от любой кодовой комбинации к следующей изменяется только один разряд. В схемотехнике счетчиков это свойство устраняет одновременное переключение многих разрядов, характерное для двоичных счетчиков при некоторых переходах. Одновременное переключение многих элементов создает такие токовые импульсы в цепях питания схем, которые могут вызывать сбои в работе схемы.
В результате получим последовательность, представленную в Приложении 1.
Последовательность имеет 68 устойчивых неповторяющихся состояний. Для построения такого счётчика необходимо 8 триггеров. Выберем JK – триггеры.
2.2.2 JK – триггер
Триггеры – элементарные автоматы, содержащие собственно элемент памяти (фиксатор) и схему управления. Фиксатор строится на двух инверторах, связанных друг с другом «накрест», так что выход одного соединен с входом другого. Такое соединение дает цепь с двумя устойчивыми состояниями (рис. 22). Действительно, если на выходе инвертора 1 имеется логический нуль, то он обеспечивает на выходе инвертора 2 логическую единицу, благодаря которой сам и существует. То же согласование сигналов имеет место и для второго состояния, когда инвертор 1 находится в единице, а инвертор 2 – в нуле. Любое из двух состояний может существовать неограниченно долго.
Рис. 22. Ячейка с двумя устойчивыми состояниями.
Рис. 23. Схемы фиксаторов с входами управления на элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ
Переходное состояние, в котором инверторы активны, неустойчиво. Это можно показать, имея в виду, что напряжения в любой цепи не являются идеально постоянными, а всегда имеют место флуктуации. Флуктуации обязательно приведут фиксатор в одно из двух стабильных состояний, т. к. из-за наличия в схеме петли положительной обратной связи любое изменение режима вызывает продолжение в том же направлении, пока фиксатор не перейдет в устойчивое состояние, когда петля обратной связи как бы разрывается вследствие потери инверторами усилительных свойств (переход в режимы отсечки и насыщения, свойственные устойчивым состояниям).
Чтобы управлять фиксатором, нужно иметь в логических элементах дополнительные входы, превращающие инверторы в элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. На входы управления поступают внешние установочные сигналы.
Установочные сигналы показаны на рис. 23 штриховыми линиями. Буквой R латинского алфавита (от Reset) обозначен сигнал установки триггера в нуль (сигнал сброса), а буквой S (от Set) – сигнал установки в состояние логической единицы (сигнал установки). Состояние триггера считывается по значению прямого выхода, обозначаемого как . Чаще всего триггер имеет и второй выход с инверсным сигналом . Для фиксатора на элементах ИЛИ-НЕ установочным сигналом является единичный, поскольку только он приводит логический элемент в нулевое состояние независимо от сигналов на других входах элемента. Для фиксатора на элементах И-НЕ установочным сигналом является нулевой, как обладающий тем же свойством однозначно задавать состояние элемента независимо от состояний других входов.
Таблицу истинности триггера JK можно записать в полном (табл. 6) или сокращенном виде (табл. 7). Через обозначено новое состояние триггера (после переключения).
Таблица 6
|
|
|
| Режим |
0 | 0 | 0 | 0 | Хранение |
0 | 0 | 1 | 1 | |
0 | 1 | 0 | 0 | Установка 0 |
0 | 1 | 1 | 0 | |
1 | 0 | 0 | 1 | Установка 1 |
1 | 0 | 1 | 1 | |
1 | 1 | 0 | 1 | Переключение |
1 | 1 | 1 | 0 |
Таблица 7
|
|
|
0 | 0 | Q |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 |
|
Карта Карно для JK-триггера показана на рис. 24. Из неё можно получить характеристическое уравнение триггера .
Рис. 24. Карта Карно для JK-триггера
По характеристическому уравнению можно построить схему триггера в любом логическом базисе (рис. 25).
Рис. 25. Схема JK-триггера в базисе И, ИЛИ, НЕ
Диаграмма состояний (рис. 26) отражает наличие у триггера двух устойчивых состояний и условия перехода из одного состояния в другое. Словарь триггера (табл. 8) даёт ту же информацию в аналитической форме и является инструментом проектирования схем, содержащих триггеры.
Рис. 26. Диаграммы состояний (графы переходов) для JK-триггера
Таблица 8
Переход | J | K |
0→0 | 0 |
|
0→1 | 1 |
|
1→0 |
| 1 |
1→1 |
| 0 |
Важным способом описания функционирования триггеров (как и других автоматов) являются временные диаграммы, отражающие не только логическое функционирование схемы, но и её поведение во времени. Это поведение другими способами описания работы триггеров не отображается, и поэтому в ряде случаев временные диаграммы незаменимы. Временные диаграммы соответствуют той картине, которую можно наблюдать на экране осциллографа или логического анализатора (рис. 27).
Рис. 27. Временные диаграммы работы асинхронного JK-триггера
На практике временные диаграммы чаще всего изображаются схематично, без осей координат (с целью упрощения графических изображений).
Приведённое выше описание относится к асинхронному JK-триггеру, изменение состояний которого происходит под действием входных сигналов J и K.
На практике чаще всего используются синхронные триггеры, отличающиеся наличием дополнительного, так называемого синхронизирующего входа С (от англ. слова clock – тактировать).
Восприятие входных сигналов J и K у синхронного триггера происходит только при наличии активного уровня сигнала на входе С.
Работу такого триггера можно проиллюстрировать временной диаграммой (рис. 28).
Рис. 28. Временные диаграммы работы синхронного JK-триггера
2.2.3 Получение управляющих сигналов
Переходы кодируются в соответствии с таблицей переходов для JK – триггера (Таблица 3). Полученные функции возбуждения для каждого триггера представлены в Приложении 2.
2.2.4 Построение схем функций возбуждения
Осуществим минимизацию каждого из входных сигналов триггеров. При этом « » можно доопределять «0» или «1» исходя из целесообразности минимизации. На основе полученных минимизированных функций, построим схемы функции возбуждения для каждого входа.
Рис.29. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 1 триггера
Рис.30. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 1 триггера
Рис.31. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 2 триггера
Рис.32. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 2 триггера
Рис.33. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 3 триггера
Рис.34. Схема реализации функции возбуждения для K – входа 3 триггера
Рис.35. Схема реализации функции возбуждения для J – входа 4 триггера