Что нужно для проведения автоматизированного эксперимента?

Понятие о логической функции и логическом устройстве. Элементарные логические функции. Системы (серии) логических элементов.

Логические основы автоматики и вычислительной техники.

Преобразователи информации в электрический сигнал в устройствах автоматики.

Структура автоматизированного эксперимента.

 

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. Экспериментальные методы и измерительная техника в физике в настоящее время весьма разнообразны.

Стремительное развитие электроники оказалось природе, для обработки с помощью микропроцессорных средств должны быть представлены в цифровом виде. предпосылкой для широкой автоматизации самых различных процессов в научных исследованиях. При этом сигналы от датчиков, в большинстве случаев аналоговые по своей

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 преобразова-ние цифрового сигнала в аналоговый осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

В ряде случаев входные и выходные сигналы управляющей ЭВМ являются цифровыми. Это входные сигналы от дискретных датчиков, работающих по принципу “есть сигнал – нет сигнала”. Выходные цифровые сигналы могут быть использованы для управления включением исполнительных устройств и коммутации различных элементов экспериментальной системы.

Совокупность перечисленных элементов (датчик – АЦП – ЭВМ – ЦАП – исполнительное устройство) в различных комбинациях позволяет создавать системы управления широкого применения, использующиеся и для автоматизации научных исследований.

 

• Экспериментальная установка. Но не простая, 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.
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.

Исторически развитие импульсной и цифровой техники прошло несколько этапов, разработка основных типов логики:

1.РТЛ – резисторно-транзисторная логика.

2.ДТЛ – диодно-транзисторная логика.

3.ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика.

4.ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки.

5.ЭЛС – эмиттерно-связанная логика.

6.МОП (МДП) – логика на униполярных транзисторах с каналами проводимости p- и n-типов.

7. КМОП (КМДП) – логика на основе униполярных транзисторов с использованием дополняющих комплементарных транзисторов.

8. – инжекционная интегральная логика.

Цифровые интегральные микросхемы выпускаются сериями. Внутри каждой серии имеются объединённые по функциональному признаку группы устройств, имеющие единое конструкторско-технологическое исполнение. Основой каждой серии ИМС является базовый логический элемент.

 

На диодных ключах можно выполнять логические операции И либо ИЛИ.

• Для построения (синтеза) и анализа схем ЭЦВМ используют один из разделов математической логики - алгебру логики.

• 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.

 

Конъюнкция

Конъюнкция (логическое умножение, операция И, AND): функция Y принимает единичное значение только тогда, когда равны единице абсолютно все входные переменные. В частности, для двух переменных X1 и Х2 существует четыре различных сочетания, но только одному из них (Х₁=Х₂=1) соответствует единичное значение функции (табл. 1).

Для записи операции логического умножения используются много различных форм: