В. Г. Лазарев, Н. П. Маркин, Ю. В. Лазарев.

Проектирование дискретных устройств автоматики

Учеб. пособие для вузов связи

М.: Радио и связь 1985.

168 с., ил. 40 к.

Рассматриваются вопросы проектирования применяемых в связи дискретных устройств систем автоматики и вычислительной техники с помощью методов теории автоматов. Излагаются принципы автоматизированного проектирования с использованием ЭВМ. Большое внимание уделяется проектированию дискретных устройств в современных базисах интегральных микросхем и на основе микропроцессоров. Приводятся примеры, иллюстрирующие отдельные этапы синтеза искретного устройства; рассмотрен пример типового задания па курсовое проектирование и даются рекомендации по его выполнению.

Для студентов электротехнических институтов связи по специальности «Автоматическая электросвязь».

ББК 32.88 6Ф1

046(01)-85

РЕЦЕНЗЕНТЫ: Н. Б. СУТОРИХИН, В. И. ШЛЯПОБЕРСКИЙ, Р. А. АВАКОВ

Редакция литературы по электросвязи

Владимир Георгиевич Лазарев, Николай Петрович Маркин, Юрий Владимирович Лазарев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИСКРЕТНЫХ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ

Редактор Е. В. Комарова Художественный редактор Р. А. Клочков Обложка художника Ю. В. Архангельского Технический редактор Г. И. Колосова Корректор Т. В. Дземидович

ИБ № 645

Сдано в набор 30.08.84Подписано в печать 23.11.84

Т-21186 Формат 60Х90/,. Бумага писчая № 1 Гарнитура литературная Печать высокая Усл. печ. л. 10,5 Усл. кр.-отт. 11,0 Уч.-изд. л. 11,73 Тираж 14000 экз. Изд. № 20371 Зак. № 91 Цена 40 к. Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693

Московская типография № 5 ВГО «Союзучетиздат» 101000 Москва, ул. Кирова, д. 40

1 Издательство «Радио и связь», 1985

Предисловие

Дискретные устройства нашли широкое применение в различных системах автоматики и вычислительной техники. Особенно велика доля дискретных устройств в системах автоматической электросвязи. При этом все возрастающий объем функций, возлагаемых на автоматические устройства, в сочетании с использованием современного элементного базиса в виде больших и сверхбольших интегральных микросхем (БИС и СБИС) привели к усложнению дискретных устройств и, как следствие этого, к качественному изменению принципов их построения. Так, на смену координатным узлам коммутации с относительно простыми дискретными управляющими устройствами в виде регистров и маркеров приходит новая система .узлов коммутации с программным управлением. В новой системе узлов коммутации процессами обслуживания заявок на соединения управляют электронные управляющие машины (ЭУМ), которые по принципу построения, работе и возможностям не уступают современным высокопроизводительным электронным вычислительным машинам (ЭВМ).

В связи с этим, как и при создании ЭВМ, для успешной разработки дискретных устройств автоматической электросвязи в приемлемые сроки необходима автоматизация процесса их проектирования с максимальным сокращением доли ручного труда. Любая автоматизированная система проектирования должна основываться на использовании той или иной формальной модели. Для дискретных устройств автоматики формальной моделью служит конечный автомат. На его основе разработан ряд формальных методов синтеза дискретных устройств, широко используемых в различных автоматизированных системах проектирования.

Автоматизация проектирования дискретных устройств на основе формализованных методов теории автоматов позволяет существенно сократить сроки их проектирования и повысить качество разработки. Для освоения этих методов студентами вузов связи учебным планом по специальности 0702 «Автоматическая электросвязь» предусмотрены курс «Основы дискретной автоматики» и вводимые в ближайшие годы в соответствии с новым учебным планом курс «Основы цифровой техники и микропроцессоры» и для специализации «Управляющие системы электросвязи» курс «Теория и проектирование управляющих систем электросвязи».

Необходимо отметить, что при изучении ряда разделов этих курсов, несмотря на наличие учебника и монографий по теории автоматов, встречаются определенные трудности. Особенно тяжело преодолевается «барьер» между теорией автоматов и практикой проектирования дискретных устройств. Для обеспечения преодоления этого «барьера» предусмотрено курсовое проектирование.

Настоящее учебное пособие может быть использовано при курсовом проектировании как по дисциплине «Основы дискретной автоматики», так и по новым дисциплинам «Основы цифровой техники и микропроцессоры» и «Теория и проектирование управляющих систем электросвязи». В данном учебном пособии основное внимание уделяется разбору примеров и использованию для построения применяемых в системах электросвязи дискретных устройств современного элементного базиса.

Первая глава пособия является вводной. Она дает представление о принципах построения дискретных устройств, реализованных на основе различного рода интегральных микросхем и микропроцессоров, об особенностях построения наиболее известных автоматизированных систем проектирования дискретных устройств автоматики и вычислительной техники, позволяет понять задачи, . которые возникают при их проектировании.

Основной материал, необходимый для выполнения курсового проекта, содержится в последующих главах пособия. В приложениях приводится пример типового задания на курсовое проектирование и даются рекомендации о порядке его выполнения. Материал подобран так, чтобы студенты при выполнении курсового проекта могли пользоваться в основном данным учебным пособием. Список литературы приведен в минимальном объеме, в него включена только та литература, в которой содержатся основные доказательства, обоснования описанных в пособии методов и предлагаемых для использования в процессе проектирования решений, а также справочный материал. Эта литература может быть использована для более глубокой проработки вопросов, вошедших в рассматриваемый вариант курсового проекта.

Учебное пособие предназначено для студентов электротехнических институтов связи и может быть полезно для разработчиков дискретных систем и устройств, применяемых в электросвязи и других областях техники.

Предисловие и разд. 3.3 написаны В. Г. Лазаревым и Н. П. Маркиным, гл. 1, 3 и разд. 4.1, 5.5-В. Г. Лазаревым и Ю. В. Лазаревым, разд. 2.1, 4.2 и гл. 6, 7-В. Г. Лазаревым, разд. 2.2-2.6, 5.1-5.4-Н. П. Маркиным, приложения-В. Г. Лазаревым, Ю. В. Лазаревым и Н. П. Маркиным.

Авторы

Глава 1.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ УСТРОЙСТВ

1.1. Принципы построения дискретных устройств автоматики

Дискретные устройства (ДУ) в автоматической электросвязи [1] используются в качестве управляющих, различного рода кодирующих и декодирующих устройств. Они также применяются в системах контроля параметров линий и узлов связи, современной каналообразующей аппаратуре и т. п.

В любом из этих случаев дискретное устройство реализует (аппаратно или программно-аппаратно) заданный алгоритм функционирования, определяющий точный перечень предписаний о порядке выполнения таким устройством тех или иных операций в зависимости от состояния внешней среды, в которой оно функционирует. Внешней средой может быть, в частности, некоторый объект, в котором протекают определенные процессы, управляемые дискретным устройством. В этом случае ДУ

называется управляющим (УДУ), а рассматриваемый объект-объектом управления (ОУ). На рис. 1.1 двойной стрелкой показан путь передачи от ОУ к УДУ сигналов, характеризующих состояние ОУ (входное воздействие на УДУ), а одинарной стрелкой-путь передачи к ОУ от УДУ сигналов управления (выходное воздействие УДУ), вырабатываемых УДУ в зависимости от поступающего входного воздействия и того алгоритма функционирования, который оно реализует.

Рис. 1.1Рис. 1.2

Как правило, сложные объекты управления состоят из отдельвых блоков (БОУ). При этом каждый блок (рис.

ОУ

УДУ

1.2) обычно содержит один или несколько исполнительных механизмов (ИМ), которые обеспечивают прием сигналов управления от УДУ, и датчики Д (сигнализаторы), вырабатывающие в УДУ сигналы о состоянии БОУ. Например, если в качестве ОУ рассматривать многократный координатный соединитель (МК.С), то его блока ми можно считать отдельные выбирающие (ВМ) и удерживающие (УМ) электромагниты с соответствующими контактными группами. Для маркера, используемого в качестве УДУ, исполнительным механизмом в МКС - блоке ОУ, очевидно, будет ВМ (УМ) с выбирающей (удерживающей) рейкой. Датчиком же такого БОУ является контактная группа ВМ (УМ).

Если ДУ применяется как простое контрольное устройство, то внешней средой для него будут, воервых, /га блоков (в частности, один) контролируемого объекта (БКО), от которых поступают сигналы о значениях контролируемых параметров, а вовторых система сигнализации (СС), оповещающая, например, тем или иным способом обслуживающий персонал о несоответствии допустимым нормам одного или нескольких контролируемых. параметров (рис. 1.3).

Аналогичным образом можно всегда выделить внешнюю среду для любого другого ДУ, а также определить характер и состав поступающих на него и вырабатываемых им внешних воздействий, т. е. определить входы и выходы ДУ. В зависимости от сложности (числа компонент, например реле, транзисторов и т. п.) все дискретные устройства по принципу построения можно разделить на две

группы: одкоблочные и многоблочные. В одноблочных ДУ отдельные компоненты (реле, транзисторы и т. п.) имеют между собой достаточно сильные связи. К одноблочным обычно относятся ДУ с небольшим числом: компонент, например комплекты реле шаговых и декадно-шаговых искателей, содержащих до десяти реле.

Более сложные дискретные устройства разбиваются на функциональные блоки (ФБ), выполняющие те или иные операции (акты) алгоритма функционирования ДУ. В зависимости от реализуемых операций все ФБ можно разделить на два вида: логические (ЛФБ) и операторные (ОФБ). Логический ФБ осуществляет проверку какого-либо условия. В качестве ЛФБ могут рассматриваться элементы ДУ, проверяющие состояние различного рода датчиков, например контактов удерживающего или выбирающего электромагнита МКС. В операторных ФБ вырабатываются сигналы управления объектом управления или осуществляется какое-либо преобразование информации. К ОФБ относятся элементы (реле) ДУ, обеспечивающие выработку сигнала включения различных исполнительных механизмов, в том числе удерживающих и выбирающих электромагнитов МКС.

Для того чтобы дискретное устройство могло реализовать тот или иной алгоритм функционирования, между ФБ предусматриваются: функциональные связи ФСу, (связи управления), определяющие в соответствии с заданным алгоритмом порядок работы ФБ и обеспечивающие передачу сигналов взаимодействия ФБ (сигналов включения и выключения ФБ); информационные связи (ИСу), необходимые для передачи от ФБi к ФБ, осведомительной информации о полученном в фб! по окончании его работы результате. Например, если ФБ принял серию импульсов, определяющую цифру номера вызываемого абонента, то от ФБi к Фбу, который должен включиться после этого в работу, по ФСу будет передан сигнал о завершении приема этой серии импульсов, а по ИСу - сама цифра в виде некоторой кодовой комбинации. Следует заметить, что по окончании работы фбь по ФСу передается сигнал, включающий в работу ФБу информация о полученном в ФБ, результате (например, о цифре номера вызываемого абонента) может быть при этом передана в другой ФБ1, l<>j (накопитель), или совсем не передаваться. Таким образом, структура взаимодействия ФБ по информационным связям может не совпадать со структурой взаимодействия ФБ по функциональным связям.

К многоблочным ДУ относятся общие управляющие устройства (УУ) - такие, как маркеры,

Рис. 1.3