Tổng hợp và phân tích mạch logic tuần tự

Định nghĩa: Mạch logic tuần tự là mạch logic mà tín hiệu ra của mạch không những phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, mà còn phụ thuộc vào thứ tự, thời gian tác động của tín hiệu vào Tính chất Có nhớ Có yếu tố thời gian Cùng 1 tín hiệu vào, tín hiệu ra có thể khác nhau (các trạng thái trong hay trạng thái làm việc) Mạch logic tuần tự đồng bộ: việc chuyển trạng thái trong mạch không những chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, trạng thái trong trước đó, mà còn phụ thuộc vào xung đồng bộ ...

2.1 Khái niệm về mạch logic tuần tự

2.1.1 Định nghĩa: Mạch logic tuần tự là mạch logic mà tín hiệu

ra của mạch không những phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, mà còn phụ thuộc vào thứ tự, thời gian tác động của tín hiệu vào 2.1.2 Tính chất

– Có nhớ

– Có yếu tố thời gian

– Cùng 1 tín hiệu vào, tín hiệu ra có thể khác nhau (các trạng thái trong hay trạng thái làm việc)

Mạch logic

tổ hợp

Mạch nhớ

2.1.3 Phân loại

– Mạch logic tuần tự đồng bộ: việc chuyển trạng thái trong mạch không những chỉ phụ thuộc vào tín

hiệu đầu vào, trạng thái trong trước đó, mà còn

phụ thuộc vào xung đồng bộ

• Dùng phổ biến trong máy tính (môn ĐT số)

– Mạch logic tuần tự không đồng bộ: việc chuyển

trạng thái trong mạch chỉ phụ thuộc vào tín hiệu

đầu vào, trạng thái trong trước đó

• Không có tín hiệu đồng bộ

• Thường gặp trong công nghệ của các máy sản xuất công nghiệp

2.2 Biểu diễn mạch logic tuần tự

2.2.1 Biểu diễn bằng lời nói, chữ viết mô tả một quá trình công nghệ

Ví dụ 2.1 : 3 nút ấn điều khiển động cơ M

– Ấn nút A: động cơ quay thuận

– Ấn nút B: động cơ quay nghịch

– Ấn nút C: động cơ dừng

2.2.2 Biểu diễn bằng đồ thị thời gian

Y Z

Ví dụ 2.2

2.2.3 Biểu diễn bằng hình vẽ mô tả công nghệ

2.2.4 Biểu diễn bằng hàm tác động

F = +A (+X, +Y) –B –Y +C +Z –C –Z –X +Y

+D –Y

– Thường viết cho 1 chu kỳ làm việc

– Các chữ cái đầu bảng chữ cái (A,B,C): tín hiệu vào– Các chữ cái cuối bảng chữ cái (X,Y,Z): tín hiệu ra– Dấu cộng “+”: tín hiệu xuất hiện hoặc phần tử làm việc

– Dấu trừ “- “: tín hiệu mất đi hoặc phần tử nghỉ việc– Dấu ngoặc “()”: xảy ra hoặc ảnh hưởng đồng thời

2.2.5 Biểu diễn bằng bảng chuyển trạng thái

– Các cột ghi các biến vào và biến ra

– Các hàng ghi các trạng thái trong hệ

3 4

Ví dụ 2.4

2.3 Tổng hợp mạch logic tuần tự

2.3.1 Phương pháp ma trận trạng thái

Yêu cầu công nghệ

Mã hóa bài toán

biến logic

Tối thiểu hóa hàm

logic

Thực hiện mạch nhớ

• Ví dụ 2.5: a0 a1

A+

m

A-• Xác định các biến vào ra:

• Graph chuyển trạng thái:

• Lập bảng chuyển trạng thái MI

a0a1 A+A-

(vào) (ra)

00 00

10 10

00 10

01 01

00 01

3

1 2 3

a0 a1

• Lập bảng chuyển trạng thái M II: rút gọn M I

 B1: Nhập hàng

 Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra.

 Trên cùng 1 cột biến vào, các hàng có cùng số ký hiệu trạng thái.

 Trạng thái ổn định nhập với không ổn định sẽ ghi trạng thái

ổn định.

 Trạng thái (/không) ổn định nhập với 1 ô trống sẽ ghi trạng thái (/không) ổn định

 B2: Nhập trạng thái tương đương

 Hai trạng thái tương đương:

• Là các trạng thái ổn định nằm trên cùng 1 cột và có cùng giá trị đầu ra

• Khi cùng thay đổi tín hiệu đầu vào, các trạng thái đó chuyển tới trạng thái kế tiếp sau và các trạng thái kế tiếp này cũng có cùng giá trị đầu ra

 Nhập 2 trạng thái tương đương: thay bằng cùng 1 ký hiệu có chỉ số nhỏ

Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu

3 4

+

+

• Xác định và mã hóa biến trung gian

– Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin

(N: số hàng của M II)

– N = 2  Smin = 1  chọn biến trung gian X:

– Lập bảng Các nô để xác định hàm điều khiển cho biến trung gian X:

a X

f ( )  1 0

• Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều khiển các biến ra

a0 a1

• Nếu thay X bằng A-, chuyện gì xảy ra?

• Trong các hàng của M II, các trạng thái ổn định đều có cùng giá trị đầu ra, có thể cho phép dùng biến ra làm biến trung gian

• Ví dụ 2.6: 2 nút ấn m và d, 1 thiết bị điện T

– Ấn nút m: đóng điện cho T

– Ấn nút d: cắt điện của T

• Chọn các biến vào ra:

• Graph chuyển trạng thái

md T

(vào) (ra)

00 0

10 1

00 1

01 0

5 11 0

• Bảng chuyển trạng thái M I & M II

Bảng M I

• Xác định và mã hóa biến trung gian:

– Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X =T

5

1 0

1

d X d

m X

f

)(

)(









• Sơ đồ rơ le-tiếp điểm

T

T

• Ví dụ 2.7:

• Xác định các biến vào ra:

• Graph chuyển trạng thái:

a0a1b0b1 A+A-B+B-

(vào) (ra)

A- B+

1010

1000

0010 1000

0110 0100

0010 0100

1010 0010

1000 0010

1001 0001

1000 0001

• Biến vào ra:

• Graph chuyển trạng thái

ab A+A-B+B-

A- B+

B-00 1000

10 0100

00 0010

01 0001

Trạng thái Tín hiệu vào:ab Tín hiệu ra

4 1000

0100 0010

0001

a b

+

+

• Xác định và mã hóa biến trung gian:

– Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X

(không thể lấy biến ra là biến trung gian)

1

X

X b a

4 0

1 1

0

a b

a b

X

X

1

0

• Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều khiển các biến ra

a b

X

a b

X

X b

4 1000

0100 0010

0

a b

X

a b

X

X a

4 1000

0100 0010

0

A-a

RA

m d

RA

X

a

X b

B+

2.3.2 Phương pháp hàm tác động

– Mô tả hoạt động của công nghệ theo tuần tự thời gian dưới dạng hàm tín hiệu

– Tìm chu kỳ hoạt động của các phần tử của đối

tượng điều khiển: 2 giai đoạn đóng (làm việc) và cắt (nghỉ việc)

– Xác định dạng tín hiệu vào: t/h xung hay t/h thế

– Xác định hàm logic điều khiển các phần tử đầu ra:

ci

N i

đi

N i

ci

N i

đi đk

c đ đk

f f

f f

f

f f f

1 1

1 1

f đ: hàm đóng, đưa phần tử vào làm việc (hoạt động)

• Phương pháp hàm tác động (tiếp)

– Kiểm tra hàm đóng f đ : nếu f đ không thay đổi giá trị

trong giai đoạn đóng-> thỏa mãn, nếu thay đổi -> hiệu chỉnh dùng biến phụ

– Kiểm tra hàm cắt f c : nếu f c không thay đổi giá trị trong giai đoạn cắt-> thỏa mãn, nếu thay đổi ->

hiệu chỉnh dùng biến phụ

– Phân tích quá trình làm việc của hàm được thiết kế xem đã đúng với yêu cầu công nghệ hay chưa, nếu chưa thì hiệu chỉnh bằng cách dùng biến trung

gian

• Ví dụ 2.8: Cho 3 nút ấn A, B, C và động cơ M

– A: điều khiển quay thuận

– B: điều khiển quay ngược

• F= (+A -N)+T+C-T(+B-T)+N+C-N

F= (+A -N)+T+C-T(+B-T)+N+C-N

n a T

f đ ( )  f c1(T) c f c2(T) b

t b N

f đ ( )  f c1(N) c a

N

f c2( ) 

n c b a b

c n a T

f T

f T f

T

f đk( )  đ ( ) ( c1( )  c2( ))  (  ) 

t c b a a

c t b N

f N

f N f

N

f đk ( )  đ ( ) ( c1( )  c2( ))  (  ) 

• Kiểm tra hàm đóng: hàm đóng đổi trị trong

quá trình làm việc (A, B là các nút ấn dạng

xung)-> hiệu chỉnh

• Kiểm tra hàm cắt: không đổi trị-> thỏa mãn

• Kiểm tra nguyên lý hoạt động của sơ đồ

t c a n b

N f

t n b

N f

n c b t a T

f n

t a T

f

đk đ

đk đ

) (

) ( )

( ) ( '

) (

) ( )

( ) (

m c

T

a T

N

b N

Liên động cơ: nút ấn a, b

Liên động điện: rơ le T, N

• Ví dụ 2.9:

• F=(+A-L)+X+V1(+B-V1)+V2+(C-X)(+L-V2)

V2)+V1+C+B+A

c l

a l

a X

fđk ( )  (  ) (  ) 

• Hiệu chỉnh

– Hàm đóng đổi trị trong quá trình làm việc-> hiệu chỉnh

– Hàm điều khiển không thực hiện đoạn CD (từ điểm C đi xuống D với tốc độ V2), cứ đến C là chuyển động lên-> hiệu chỉnh dùng biến trung gian P

– P làm việc kể từ lúc C tác động lần 1 và nghỉ việc đến khi tác động vào D (p ghi nhớ C đã tác động )

– X nghỉ việc khi gặp D hoặc gặp C với điều khiện C tác động lần đầu tiên (p=0)

l x a

X

f 'đ ( )  (  )

d p c

P

f ( )  (  )

d p

c

f 'c  

d p c

l x a

d p

c l x a

X

f ( )  (  ) (  )  (  ) (  )

2.3.3 Phương pháp

GRAFCET

– Biểu diễn các quá trình

công nghệ dưới dạng lưu

trạng thái ban đầu

Xác định trạng thái ban đầu

– Hàm logic của từng trạng thái

i i i

S S

S a S

ai: tác nhân kích thích thứ i

Si: tín hiệu ra của trạng thái thứ i

Si+ : hàm điều khiển trạng thái i làm việc

Si- : hàm điều khiển trạng thái i nghỉ việc

– Trình tự thiết kế của phương pháp GRAFCET

Lập G I

Lập G II

Xác định hàm điều khiển

Xác định sơ đồ điều khiển

Chọn sơ bộ

thiết bị

Mô tả chi tiết các trạng thái làm việc, chú thích đầy đủ các hành vi làm việc của công

nghệ

Là GI nhưng mô tả được thay thế bằng các thiết bị vừa chọn (mã hóa GI dùng biến logic ) Chọn loại thiết bị

và các biến logic

tương ứng

 Lập G I

A+

m

A-0

1

2

trạng thái sang phải

trạng thái ban đầu

Xác định trạng thái ban đầu

1 1 2

2 1

0 0

1

1 0

2 0 0

) (

S S

S a S

S S

S a

m S

S S

S a g

S

Sơ đồ điều khiển rơ le-tiếp điểm

S0

g a0

i i

i

i i

i

i i

i i

S a

S

S a

S

S a

S

S S

S S

3 3

2 2

1 1

3 2

2 2

1 1

4

4 3

2 1

i i

i i

i

i i

i i

S a

S a

S a

S

S S

S S

i i

i i

i

i i

i i

S a

a a

S S

S

S S

S

S

.

.

3 2

1 3

2 1

3 2

2 2

1 1

4

4 3

2 1

.

.

i i

i i

i

i i

i i

S a

S a

S a

S

S S

S S

A- B+

B- A+

A-0

1

2

trạng thái đi xuống

trạng thái ban đầu

Xác định trạng thái ban đầu

đã ở cuối hành trình đi xuống

trạng thái đi lên

ấn nút m hoặc đã ở đầu hành trình đi xuống và cuối hành trình đi ngang

đã ở đầu hành trình đi xuống

và đầu hành trình đi ngang

đã ở đầu hành trình đi xuống và cuối hành trình đi ngang

trạng thái sang phải trạng thái sang trái

đã ở cuối hành trình đi ngang đã ở đầu hành trình đi

A- B+

B- A+

A-1 0

4 0 0

S S

S b g

3 1 0

0 0

1 ( )

S S

S b S

b a m

2 0 0 3

S S

S b a S

2

1 1 2

S S

S

S a S

2 1 0 4

S S

S b a S









– Ý tưởng của phương pháp phân tầng: biến các

trạng thái nước đôi thành các trạng thái đơn dùng biến trung gian

A-

B-B+

1010 1000

0110 0100

1010 0010

1001 0001

a0a1b0b1 A+A-B+B-

(vào) (ra)

trạng thái

• 2 trạng thái nước đôi (1 và 3) cần1 biến

4

X X

X a X

X b X

X B

a X B

X A

X b A

1 1 0 0

(vào) (ra)

0100 0110

0100 1001

0010 0110

0100 0110

1000 1010

0100 1010

0010 1001

0001 0110

9

0001 0110

1 B 2 C Q - Q

PQ

P Q

B Q P

P

QA P

P

PQC

Q

C Q P

Q

C Q P PQB

V

Q P Q

P Q

P PQ

QB P

Q P D

Q P Q

P A

Q P B

Q P Q

P PQ

V

Q P D

Q P Q

P

QB P

Q P D

Q P B

Q P Q

P

L

Q P PQ

C Q P Q

P A

Q P PQB