Какие типы дискретных устройств вы знаете

Классификация дискретных устройств

В литературе встречается очень большое количество типов, классов и разновидностей дискретных устройств (автоматов). Приведем наиболее употребительные типы дискретных автоматов и дадим их краткую характеристику. Термин «дискретное устройство» охватывает огромное число различных технических устройств, предназначенных для преобразования дискретной информации. Как уже отмечалось ранее, дискретную информацию можно всегда считать алфавитной и притом заданной в том или ином стандартном алфавите. В современных дискретных автоматах в качестве алфавита применяют цифры той или иной системы счисления (чаще всего двоичной, восьмеричной или десятичной). Поэтому такие дискретные автоматы часто носят название цифровых. Поэтому в обыденной практике понятия дискретное устройство (ДУ), дискретный автомат (ДА), цифровой автомат (ЦА) равнозначны. Как правило, автоматы имеют конечные входные и выходные алфавиты и алфавит состояний. Дискретный автомат, обладающий конечным входным алфавитом X= x₁,x₂, …,x_n>, конечным выходным алфавитомZ= z₁,z₂, …,z_m>, конечным алфавитом состоянийA= a₁,a₂, …,a_μ> и характеризуется двумя характеристическими функциями – функцией переходови функцией выходовилиназывается конечным автоматом. Существуют дискретные автоматы, у которых число внутренних состояний не является конечным. Нам уже известно, что в зависимости от способа определения выходов различают два основных типа автоматов (модели дискретных устройств) – автомат Мили и автомат Мура. В автомате Мили выходной сигнал в некоторый момент времени зависит как от состояния автомата, так и от входного сигнала в этот же момент времени (рассматриваются дискретные моменты времени). В автомате Мура выходной сигнал в некотором такте не зависит от входного сигнала, а однозначно определяется внутренним состоянием автомата в том же такте. При рассмотрении дискретных автоматов предполагается, что все переменные (входы, выходы, внутренние состояния) изменяются не непрерывно, а только в дискретные моменты времени, называемые тактовыми моментами. Дискретные автоматы, в которых изменение внутренних состояний происходит одновременно с изменением входных сигналов, причем в определенные моменты времени, которые определяются специальным устройством – генератором синхронизирующих импульсов, называются синхронными автоматами. В синхронных автоматах, как правило, все интервалы времени между тактовыми моментами одинаковы. Автоматы, в которых переходы из одного состояния в другое по времени заранее не определены и могут совершаться в произвольные моменты времени через неравные между собой промежутки, называются асинхронными автоматами. Упрощенно говоря, в синхронных дискретных устройствах (автоматах) входные сигналы могут воздействовать только в строго фиксированные моменты времени, определяемые внешним тактовым генератором, а в асинхронных – в любые случайные моменты времени. Большинство реальных дискретных автоматов, используемых в качестве логических устройств промышленной автоматики, являются асинхронными, однако часто используются и синхронные автоматы. В зависимости от характера входных и выходных сигналов дискретные устройства (автоматы) делятся на потенциальные, импульсные и смешанные. ДА с потенциальными входными и с потенциальными выходными сигналами называются потенциальными, с импульсными входными и с импульсными выходными сигналами – импульсными, с различным характером входных и выходных сигналов – смешанными (или потенциально-импульсными и импульсно-потенциальными). По конструктивному исполнению дискретные устройства подразделяются на контактные и бесконтактные. Отметим, что речь идет лишь о ДУ, принимающих и выдающих электрические сигналы. Контактные ДУ построены на контактных релейных элементах, т.е. на таких РЭ, исполнительными органами которых являются подвижные (замыкающие или размыкающие) контакты. В качестве таких элементов могут использоваться различные электромагнитные реле, дистанционные переключатели, шаговые искатели, многократные координатные соединители, контакторы, кнопки, переключатели и т.п. В настоящее время контактные ДУ, хотя уже и не имеют такого всеобъемлющего распространения, как 10-15 лет тому назад, но все же очень широко применяются в промышленной автоматике. Следует предполагать, что они и в дальнейшем будут иметь большое распространение, особенно в силовых и коммутационных цепях. Сейчас очень широко применяются бесконтактные ДУ, построенные на бесконтактных релейных элементах, не имеющих подвижных механических контактов. Действие бесконтактных РЭ основано на нелинейном изменении проводимости под влиянием напряжения, тока или магнитного поля, воздействующих на элемент или его реагирующий орган. Наибольшее распространение в настоящее время получили ДУ, построенные на интегральных элементах. Они не имеют движущихся частей, обладают высокой надежностью и быстродействием, не требуют наладки и регулировки в процессе эксплуатации и хорошо себя зарекомендовали в устройствах с большим числом переключений. Бесконтактные дискретные устройства имеют преимущественное применение в логических и управляющих цепях. По характеру работы различаются два класса дискретных устройств (автоматов): автоматы без памяти (однотактные автоматы, комбинационные автоматы) и автоматы с памятью (многотактные автоматы, последовательные автоматы). Дискретными автоматами без памяти называются такие автоматы, у которых набор значений выходных сигналов в каком-либо такте однозначно определяется только набором значений входных сигналов в этом же такте после окончания переходных процессов и не зависит от входных сигналов, поданных на автомат в предыдущие такты его работы. В этом смысле говорят, что однотактный автомат «не имеет памяти». В дискретном автомате без памяти отсутствуют элементы памяти, и считается, что такой автомат имеет одно внутреннее состояние, полностью определяемое схемой соединения его элементов. Дискретными автоматами с памятью называются такие автоматы, у которых набор значений выходных сигналов определяется не только значениями (набором) входных сигналов в том же такте, но и их предыдущими значениями, а также порядком поступления на входы автомата. ДА с памятью «запоминает» предыдущую информацию (состояние входов) и учитывает ее в последующих тактах работы. Он содержит элементы памяти и может иметь несколько (два или более) внутренних состояний. Таким образом, ДА без памяти можно рассматривать как частный случай ДА с памятью, у которого число внутренних состояний сведено к одному, а элементы памяти отсутствуют. С другой стороны, дискретный автомат с памятью представляет собой совокупность дискретного автомата без памяти и элементов памяти, объединенных в блок памяти автомата.

Дискретное устройство

Дискретное устройство — техническое устройство, которое может представлять собой электронную, электрическую, пневматическую схемы, механическое устройство или программу управления.

Со стороны математики дискретное устройство является логической функцией. В системе управления дискретное устройство является преобразователем информации, материальными носителями которой есть сигналы.

• 1 Цель и задачи
• 2 Принцип работы
• 3 Классификация дискретных устройств
• 4 Анализ комбинированных дискретных устройств
• 5 Алгоритм синтеза комбинированных дискретных устройств
• 6 Абстрактная теория автоматов
• 7 Основные теоремы теории автоматов
• 8 Источники
• 9 Литература

Цель и задачи [ править ]

Целью и задачей дискретного устройства является выяснение набора правил, которые будут описывать элементарные действия в определенной последовательности над исходными данными любой задачи, требующей решения.В дискретном устройстве определение последовательности из нулей (0) и единиц (1). По иному дискретное устройство называется одноактным автоматом. [1]

Принцип работы [ править ]

Выходные переменные в дискретном устройстве зависят от возможных комбинаций входных величин. Незамедлительное изменение выходных величин при изменении входных обуславливает определение устройства одноактным. Несмотря на то, что запаздывание присуще любому техническому устройству, в дискретном одноактном оно очень мало или вовсе не влияет на технический процесс. Процесс обмена информацией происходит в несколько этапов. Информация передается сигналами, которые шифруются, кодируются и запоминаются. Сигнал является функцией времени, даже если сообщение к таковой не относится. Дискретными являются сигналы, функция которых принимает только определенные дискретные значения (0 и 1). [1] Дискретное устройство имеет конечное число входов, следовательно его состояние можно описать конечным числом комбинаций. Количество возможных комбинаций значений входных величин будет равно 2 n при n значениях входов.

Классификация дискретных устройств [ править ]

Модель дискретного устройства, которая отражает лишь его свойства переработки сигналов, называют дискретным автоматом. В таком автомате выделяются множества состояний входов, выходов и множество внутренних состояний. Сигналы — двухзначные, а элементы памяти двоичные, т.е. каждый с двумя внутренними состояниями. Автоматы, в зависимости от вида функций выходов подразделяются на комбинационные автоматы и автоматы с памятью.

В комбинационном автомате, называемом также автоматом без п а м я т и, или комбинационным устройством (схемой), каждый сигнал на выходе (логические 0 или 1) определяется лишь сигналами (логические 0 или 1), действующими в данный момент времени на входах автомата, и не зависит от сигналов, ранее действовавших на этих входах.

Комбинационный автомат не имеет памяти, он не хранит информации о своей прошлой работе.

В автоматах с памятью, называемых также последовательностными устройствами, выходной сигнал определяется не только значениями сигналов на входах в данный момент времени, но и его внутренним состоянием. Внутреннее состояние автомата зависит от состояний его элементов памяти. Дискретные устройства с памятью, имеющие конечное число состояний, называют конечными автоматами.

В зависимости от того, как определены дискретные моменты времени, в которые рассматривается функционирование автоматов, последние разделяют на синхронные и асинхронные.

В синхронных автоматах внутренние переменные изменяются одновременно с изменением входных сигналов. Их изменения измеряют в определенные моменты времени, определяющиеся генератором синхронизирующих действий. Состояния входа, памяти и выхода автомата рассматриваются только в моменты поступления синхронизирующих импульсов. Во время действия синхронизирующего импульса состояние внутренних элементов памяти не изменяется.Смена состояний внутренних элементов памяти происходит после окончания импульса в интервале и обязательно завершается к моменту поступления каждого следующего синхронизирующего импульса.

Асинхронные автоматы характеризуются переходами из одного в другое состояние в произвольные и не определенные моменты времени. Дискретные моменты в таких автоматах определяется длительностью тактов, т.е. интервалом времени, в течение которого состояние автомата не меняется.

В классе синхронных автоматов, в зависимости от вида функции выхода различают следующие типы автоматов: автомат Мили и автомат Мура. Если выходной сигнал зависит от внутреннего состояния устройства и не зависит от входного сигнала, то тип такого дискретного устройства называется автоматом Мура. Если выходной сигнал одновременно в некотором такте дискретного времени зависит и от входного сигнала и от состояния автомата, он относится к автоматам Мили.

В дискретных устройствах переменные не могут изменяться непрерывно, их изменения происходят в дискретные моменты времени, т.е. тактовые моменты.

Классифицируют дискретные устройства по характеру входных и выходных сигналов на:

• Потенциальные.
• Импульсные.
• Смешанные.

Дискретные устройства, работающие с электрическими сигналами подразделяют по конструктивному исполнению на контактные и бесконтактные.

Анализ комбинированных дискретных устройств [ править ]

Задача анализа комбинационного дискретного устройства состоит в нахождении функции алгебры логики (ФАЛ), реализованной устройством. Функция алгебры логики может быть представлена в аналитическом виде или в форме таблицы истинности. Анализ проводят для определения функциональных свойств комбинационного устройства по его схеме или для проверки правильности функционирования разработанной схемы. Такая проверка необходима, так как при разработке сложных устройств не всегда удается достаточно полно формализовать предъявляемые к схеме требования, которые в этом случае учитываются на основании эвристических соображений разработчика. Анализ может проводиться также с целью определения работоспособности схемы в режимах, отличающихся от заданных при проектировании.

Для примера рассмотрим работу устройства железнодорожной автоматики, ее необходимо анализировать при повреждении некоторых его элементов. При этом важно выполнить основное требование: любое повреждение не должно приводить к изменению алгоритма функционирования, которое может нарушить условия обеспечения безопасности движения поездов. При анализе ставят задачу определения возможности упрощения схемы устройства. Это достигается соответствующим преобразованием и минимизацией ФАЛ. Особой задачей анализа является выяснение поведения дискретного устройства в переходных режимах и выявление возможностей нарушений работы в эти периоды.

Анализ реальных схем, с точки зрения логики их работы, проводят в два этапа. Сначала из имеющейся принципиальной схемы удаляют все несущественные, вспомогательные элементы, которые не влияют на логику работы схемы, а лишь обеспечивают устойчивость ее работы. Получается схема, состоящая из элементов, выполняющих только логические функции. Затем анализируют полученную схему.

Алгоритм синтеза комбинированных дискретных устройств [ править ]

Синтез комбинационного дискретного устройства состоит в построении принципиальной схемы по заданному словесному описанию алгоритма работы. Синтез проводят в несколько этапов. Сначала вводят входные переменные и выходные функции. Затем с использованием таблицы истинности задают ФАЛ, отображающие соотношение между состояниями входов и выходов в каждый данный момент времени. В дальнейшем функции алгебры логики представляют в базисе И, ИЛИ, НЕ и находят их минимальные формы. На заключительных этапах синтеза выбирают элементный базис и строят принципиальную схему дискретного устройства. Комбинационное устройство на элементах И-НЕ строят в следующей последовательности: функцию алгебры логики, отражающую соотношение между состояниями входов и выходов, минимизируют с получением МДНФ, затем полученное логическое выражение записывают через операцию И-НЕ.

Абстрактная теория автоматов [ править ]

Абстрактная теория автоматов рассматривает дискретное устройство как «черный ящик», т. е. не интересуется его внутренней структурой и тем, как построена реальная схема. Методы этой теории определяют поведение дискретного устройства в терминах входных и выходных последовательностей сигналов. Это позволяет найти самые общие закономерности функционирования дискретного устройства. Введем несколько новых понятий на примере автомата Мура, имеющего один вход и один выход. Работа автомата определяется следующим алгоритмом: лампа горит после нечетного числа нажатий кнопки и не горит после четного числа нажатий. Набор входных переменных будем называть входной буквой. В данном примере существуют два набора входных переменных х = 0 и х = 1, которые обозначим соответственно буквами а и b. Множество входных букв назовем входным алфавитом А = (а. Ь). Аналогично наборы выходных переменных будем называть выходными б у к в а м и, а их множество — выходным алфавитом. В автомате Мура каждому внутреннему состоянию соответствует выходная буква, равная 0 (лампа не горит), или выходная буква, равная 1 (лампа горит). Внутренние состояния автомата, которым соответствует включенное состояние, следует называть отмеченными.

Основные теоремы теории автоматов [ править ]

Связь между регулярными событиями и конечными автоматами устанавливают две основные теоремы абстрактной теории автоматов. Они доказаны С.К. Клини (США) и В.М. Глушковым (СССР) и здесь даются без доказательства.

Теорема 1. Любой конечный автомат представляет регулярное событие.

Теорема 2. Любое регулярное событие может быть представлено в конечном автомате.

Теорема 3. (следует из теорем 1 и 2). Класс событий, представимых в конечных автоматах, в точности совпадает с классом регулярных событий.

Таким образом, регулярными выражениями можно задать отображение слов, осуществляемое любым конечным автоматом. В то же время из теорем следует, что не всякие условия работы могут быть выполнены конечным автоматом (дискретным устройством). Можно сформулировать такие условия работы устройства, что для их реализации невозможно построить схему конечного автомата. Последнее можно выполнить только тогда, когда условия работы устройства записываются регулярным выражением

Источники [ править ]

1. ↑ 1,01,1 Сапожников В.В., Кравцов Ю.А., Сапожников Вл.В. Теория дискретных устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. — 2-е, перераб и дораб.. — М .: УМК МПС, 2001. — С. 8. — 312 с. — ISBN 5-89035-051-X.

Литература [ править ]

• Л.М. Гольденберг, Ю.Т. Бутыльский, Н.М. Поляк. Цифровые устройства на интегральных схемах в технике связи. -М.: Связь, 1979

Введение в теорию дискретных устройств: основные понятия и принципы

Дискретные устройства – это электронные компоненты, способные принимать только два состояния, что делает их полезными для выполнения различных задач в электронике и автоматизации.

Введение в теорию дискретных устройств: основные понятия и принципы обновлено: 3 октября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Введение

В данной лекции мы будем говорить о дискретных устройствах. Дискретные устройства – это электронные устройства, которые работают с дискретными (отдельными) значениями данных. Они широко используются в различных областях, таких как вычислительная техника, электроника, автоматика и телекоммуникации.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Определение дискретных устройств

Дискретные устройства – это электронные устройства, которые работают с дискретными (отдельными) значениями данных. Они обрабатывают информацию, представленную в виде набора различных состояний или символов, которые могут быть представлены в виде двоичных чисел (0 и 1) или других дискретных значений.

Дискретные устройства широко используются в различных областях, включая информационные технологии, электронику, автоматизацию и управление системами. Они играют важную роль в обработке и передаче данных, а также в управлении различными процессами и устройствами.

Примеры дискретных устройств

Дискретные устройства могут быть различными по своей природе и функциональности. Вот несколько примеров таких устройств:

Дискретные схемы

Дискретные схемы представляют собой электронные устройства, которые выполняют логические операции над двоичными сигналами. Они состоят из комбинаций логических элементов, таких как вентили, инверторы, И-ИЛИ-НЕ элементы и т. д. Дискретные схемы широко используются в цифровых системах, таких как компьютеры, микроконтроллеры и другие электронные устройства.

Дискретные датчики

Дискретные датчики используются для обнаружения и измерения различных физических величин. Они могут быть представлены в виде переключателей, кнопок, датчиков присутствия, датчиков движения и т. д. Дискретные датчики обычно имеют два состояния: активное и неактивное, которые могут быть представлены в виде логических 0 и 1.

Дискретные актуаторы

Дискретные актуаторы используются для управления различными устройствами и процессами. Они могут быть представлены в виде реле, соленоидов, светодиодов, электромагнитных клапанов и т. д. Дискретные актуаторы обычно имеют два состояния: включено и выключено, которые могут быть представлены в виде логических 0 и 1.

Дискретные памяти

Дискретные памяти используются для хранения и передачи данных. Они могут быть представлены в виде флэш-накопителей, жестких дисков, CD/DVD-дисков и т. д. Дискретные памяти обычно имеют два состояния: запись и чтение, которые могут быть представлены в виде логических 0 и 1.

Это лишь некоторые примеры дискретных устройств, которые используются в различных областях. Они играют важную роль в обработке и передаче данных, а также в управлении различными процессами и устройствами.

Свойства дискретных устройств

Дискретные устройства обладают рядом свойств, которые делают их особенными и полезными в различных областях. Рассмотрим некоторые из них:

Двоичная система счисления

Дискретные устройства работают на основе двоичной системы счисления, где информация представлена двумя состояниями: 0 и 1. Это позволяет устройствам легко обрабатывать и передавать данные, так как они могут быть представлены с помощью электрических сигналов, имеющих два возможных значения.

Логические операции

Дискретные устройства могут выполнять различные логические операции над данными, такие как логическое И, логическое ИЛИ и логическое НЕ. Эти операции позволяют устройствам принимать решения на основе входных данных и выполнять определенные действия.

Миниатюрность и портативность

Дискретные устройства могут быть очень компактными и портативными. Например, современные смартфоны и ноутбуки являются дискретными устройствами, которые можно легко носить с собой и использовать в любом месте. Это делает их удобными для работы и развлечений в любое время и в любом месте.

Высокая скорость обработки данных

Дискретные устройства обладают высокой скоростью обработки данных. Они могут выполнять множество операций за очень короткое время, что делает их эффективными для обработки больших объемов информации. Например, суперкомпьютеры, которые являются дискретными устройствами, способны выполнять миллионы операций в секунду.

Надежность и устойчивость к внешним воздействиям

Дискретные устройства обычно обладают высокой надежностью и устойчивостью к внешним воздействиям. Они могут работать в широком диапазоне температур, влажности и других условий окружающей среды. Это делает их надежными и долговечными в различных условиях эксплуатации.

Это лишь некоторые из свойств дискретных устройств, которые делают их полезными и востребованными в различных областях. Они играют важную роль в обработке и передаче данных, а также в управлении различными процессами и устройствами.

Применение дискретных устройств

Дискретные устройства имеют широкий спектр применений в различных областях. Вот некоторые из них:

Электроника

Дискретные устройства широко используются в электронике для создания различных схем и устройств. Они могут быть использованы для создания логических вентилей, триггеров, счетчиков и других элементов цифровой логики. Это позволяет строить сложные цифровые системы, такие как компьютеры, микроконтроллеры, микропроцессоры и другие электронные устройства.

Телекоммуникации

Дискретные устройства играют важную роль в телекоммуникационных системах. Они используются для передачи и приема сигналов, а также для обработки данных. Например, они могут быть использованы в модемах для преобразования аналоговых сигналов в цифровой формат и обратно. Они также могут быть использованы в сетевых коммутаторах и маршрутизаторах для управления передачей данных.

Автоматизация и управление

Дискретные устройства широко применяются в системах автоматизации и управления. Они могут быть использованы для контроля и управления различными процессами и устройствами. Например, они могут быть использованы в промышленных контроллерах для управления производственными процессами, в системах управления зданиями для контроля освещения и климатических условий, а также в системах безопасности для контроля доступа и видеонаблюдения.

Медицина

Дискретные устройства также находят применение в медицинской технике. Они могут быть использованы для мониторинга пациентов, контроля внутренних органов и обработки медицинских данных. Например, они могут быть использованы в электрокардиографах для измерения сердечной активности, в медицинских сканерах для создания изображений тела и в имплантируемых устройствах для поддержания здоровья пациентов.

Это лишь некоторые из областей, в которых дискретные устройства находят применение. Они играют важную роль в современных технологиях и являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни.

Таблица сравнения дискретных устройств

Устройство	Определение	Примеры	Свойства	Применение
Устройство 1	Определение устройства 1	Примеры устройства 1	Свойства устройства 1	Применение устройства 1
Устройство 2	Определение устройства 2	Примеры устройства 2	Свойства устройства 2	Применение устройства 2
Устройство 3	Определение устройства 3	Примеры устройства 3	Свойства устройства 3	Применение устройства 3

Заключение

Дискретные устройства являются важной частью информатики и широко применяются в различных областях. Они обладают определенными свойствами, которые позволяют им выполнять специфические функции. Понимание сути и применения дискретных устройств поможет студентам лучше разобраться в этой теме и применить полученные знания на практике.

Введение в теорию дискретных устройств: основные понятия и принципы обновлено: 3 октября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Нашли ошибку? Выделите текст и нажмите CRTL + Enter

Тагир С.

Экономист-математик, специалист в области маркетинга, автор научных публикаций в Киберленинка (РИНЦ).

Форум АСУТП

rigard здесь недавно
Сообщения: 28 Зарегистрирован: 10 апр 2015, 09:43 Имя: Григорьев Юрий Павлович Страна: Россия город/регион: Красноярск Благодарил (а): 5 раз

Типы аналоговых и дискретных сигналов

Сообщение rigard » 31 янв 2017, 15:09

Прошу,пожалуйста, помочь понять ответ на данный вопрос о таблице символов.
Есть САУ на AllenBrandley,проект в RSLogix, документация проекта не полная, хочу составить документ о типах аналог.сигналов 4-20мА(пассивные или активные) и о типах DI/DO (NC,NO).
Возникли трудности с типом дискретных вх/вых сигналов(контакт НЗ,НО) и какие датчики будут активные или пассивные, знаю, что активные — это датчики имеющие своё питание, трехпроводные например, но датчик может быть установлен как двух,так и трёхпроводным.
Возможно ли проследить или найти информацию об этом в проекте RSLogix?

rigard

Ryzhij почётный участник форума
Сообщения: 5617 Зарегистрирован: 07 окт 2011, 09:12 Имя: Гаско Вячеслав Эриевич Страна: Россия город/регион: Рязань Благодарил (а): 541 раз Поблагодарили: 704 раза

Типы аналоговых и дискретных сигналов

Сообщение Ryzhij » 31 янв 2017, 15:49

rigard писал(а): Возможно ли проследить или найти информацию об этом в проекте RSLogix?

Лучше взять принципиальную электросхему. Или хотя бы схему соединений.
Дело в том, что только контроллеры семейства Logix5000 содержат в своём программном проекте однозначные сведения об используемой периферии.
Для PLC-5 и SLC конфигурацию железа и заполнять-то необязательно, программа будет работать и без этого.
Кроме того, между датчиками и модулями периферии контроллера тоже много чего может быть в схеме натыкано.

—————————————————
«У человека в душе дыра размером с Бога, и каждый заполняет её как может.» (Жан-Поль Сартр)
«Ту пустоту, которая остаётся в душе, когда в ней нет Бога, и весь мир не может заполнить.» (святитель Николай Сербский)