Page 1
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP TỔNG HỢP VÀ TỐI THIỂU HÓA MẠCH LOGIC GIẢNG VIÊN PGS.TS. Lê Giang Nam Bộ môn Cơ điện tử Viện Cơ khí Mục tiêu Cung cấp cho người học các kiến thức cơ bản về thiết kế và phân tích mạch tổ hợp, mạch tuần tự. Đồng thời, trang bị kiến thức để thực hiện việc rút gọn hàm logic nhằm sử dụng lượng linh kiện ít nhất trong thiết kế. 2 Nội dung Tổng hợp và tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp Tổng hợp mạch logic tuần tự 3 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 1
Page 2
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Tổng hợp và tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp Khái niệm mạch logic tổ hợp Tổng hợp mạch logic tổ hợp Tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp 4 1.Khái niệm mạch logic tổ hợp Định nghĩa Tính chất Mạch logic tổ hợp là mạch logic Không có nhớ mà tín hiệu ra của mạch chỉ phụ Không có yếu tố thời gian thuộc vào tín hiệu đầu vào, không Cùng một tổ hợp tín hiệu vào, phụ thuộc vào thứ tự, thời gian tín hiệu ra là duy nhất tác động của tín hiệu vào Mạch vòng hở 5 Tổng hợp mạch logic tổ hợp Dạng tổng chuẩn đầy đủ Dạng tích chuẩn đầy đủ 6 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 2
Page 3
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Dạng tổng chuẩn đầy đủ Chỉ quan tâm đến tổ hợp các giá trị của biến làm cho hàm có giá trị 1. Mỗi tổ hợp này tương ứng với một tích của tất cả các biến. Trong mỗi tích, các biến có giá trị 1 thì được biểu diễn ở trạng thái thường, các biến có giá trị 0 thì được biểu diễn ở trạng thái phủ định. Hàm logic dạng tổng chuẩn đầy đủ sẽ là tổng các tích đó 7 Dạng tổng chuẩn đầy đủ Cách ký hiệu rút gọn của hàm logic Thập phân x1 x2 x3 f(x1,x2,x3) 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 1 0 1 3 0 1 1 0 4 1 0 0 0 5 1 0 1 1 6 1 1 0 1 7 1 1 1 1 8 Dạng tích chuẩn đầy đủ Chỉ quan tâm đến tổ hợp các giá trị của biến làm cho hàm có giá trị 0. Mỗi tổ hợp này tương ứng với một tổng của tất cả các biến. Trong mỗi tổng, các biến có giá trị 0 thì được biểu diễn ở trạng thái thường, các biến có giá trị 1 thì được biểu diễn ở trạng thái phủ định. Hàm logic dạng tích chuẩn đầy đủ sẽ là tích các tổng đó 9 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 3
Page 4
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp Phương pháp đại số Phương pháp bảng Các nô (Carnough map) Phương pháp Quine Mc. Clusky 10 Phương pháp đại số Dựa vào các hệ thức cơ bản Nhược điểm: không biết rõ đã tối thiểu chưa 11 Phương pháp bảng Các nô Biểu diễn hàm đã cho dưới dạng bảng Các nô Nhóm các ô có giá trị 1 và không xác định ở cạnh nhau hoặc đối xứng nhau thành các vòng: Số ô trong 1 vòng là 2m, m lớn nhất có thể Các vòng có thể giao nhau nhưng không được trùm lên nhau. Các vòng phải phủ hết các ô có giá trị 1 Số vòng phải là tối thiểu. Mỗi vòng tương ứng với tích các biến có giá trị không thay đổi trong vòng đó với biểu diễn tương ứng với giá trị của các biến. Hàm rút gọn bằng tổng các tích, tương ứng với các vòng. 12 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 4
Page 5
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Phương pháp bảng Các nô x1 x2 x3 f(x1,x2,x3) Ví dụ: 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 13 Phương pháp bảng Các nô Ví dụ: 2 14 Phương pháp bảng Các nô Ví dụ: 2 15 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 5
Page 6
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Phương pháp Quine Mc. Clusky Ghi các tổ hơp biến theo mã nhị phân (đảo = 0) Nhóm các tổ hợp biến theo số chữ số 1 trong biểu diễn nhị phân, nhóm i có i chữ số 1 Ghép tổ hợp nhóm thứ i với nhóm i+1 nếu chúng chỉ khác nhau 1 bit ở cùng 1 vị trí. Đánh dấu “|” vào vị trí bit đổi trị trong tổ hợp mới hình thành. Đánh dấu “*” vào các tổ hợp đã tham gia ghép, dấu “” vào các tổ hợp không thể ghép Lặp lại 2 bước trên đến khi không kết hợp được Lập bảng phủ tối thiểu: chọn số tổ hợp không thể ghép tối thiểu để phủ hết số tổ hợp ban đầu Hàm tối thiểu bằng tổng các tích, ứng với các tổ hợp không thể ghép được, lựa chọn trong bảng phủ tối thiểu 16 Phương pháp Quine Mc. Clusky Ví dụ 1: Nhóm GTTP Tổ hợp biến 1 SD Kết hợp Tổ hợp biến 2 SD Kết hợp Tổ hợp biến 3 SD a b c a b c a b c 0 0 0 0 0 * (0,1) 0 0 | * (0,1,4,5) | 0 | v (0,4) | 0 0 * (0,4,1,5) | 0 | v 1 1 0 0 1 * (1,5) | 0 1 * 1 4 1 0 0 * (4,5) 1 0 | * 2 5 1 0 1 * (5,7) 1 | 1 v 3 7 1 1 1 * Tổ hợp SD 0 1 4 5 7 (0,1,4,5) * x x x x (5,7) * x x 17 Phương pháp Quine Mc. Clusky Ví dụ 2: NhómGTTP Tổ hợp biến 1 SD Kết hợp Tổ hợp biến 2 SD Kết hợp Tổ hợp biến 3 SD a b c d a b c d a b c d 0 0 0 0 0 0 * (0,4) 0 | 0 0 v (0,5) | 0 0 0 v 1 4 0 1 0 0 * (4,5) 0 1 0 | * (4,5,6,7) 0 1 | | v 1 8 1 0 0 0 * (4,6) 0 1 | 0 * (4,6,5,7) 0 1 | | v (8,9) 1 0 0 | v (8,10) 1 0 | 0 v 2 5 0 1 0 1 * (5,7) 0 1 | 1 * (5,7,13,15) | 1 | 1 v 2 6 0 1 1 0 * (5,13) | 1 0 1 * (5,13,7,15) | 1 | 1 v 2 9 1 0 0 1 * (6,7) 0 1 1 | * 2 10 1 0 1 0 * (9,13) 1 | 0 1 v 3 7 0 1 1 1 * (7,15) | 1 1 1 * 3 13 1 1 0 1 * (13,15) 1 1 | 1 * 4 15 1 1 1 1 * 18 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 6
Page 7
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Phương pháp Quine Mc. Clusky Ví dụ 2: Tổ hợp SD 0 4 5 6 7 8 9 10 13 15 (4,5,6,7) * x x x x (5,7,13,15) * x x x x (0,4) x x (0,5) x x (8,9) x x (8,10) * x x (9,13) x x 19 Bài tập Rút gọn dùng bảng Các nô: Rút gọn dùng PP Quine Mc.Clusky 1. f (x, y, z) (0,1,6,7) 9. f (x, y, z) (0,1,6,7) 2. f (x, y, z) (2,3,4,5) 10. f (x, y, z) (2,3,4,5) 3. f(x, y, z) = S(0,1,4,5,7) 11. f (w, x, y, z) (0,1,4,5,12,13) 4. f (w, x, y, z) (0,1,4,5,12,13) 12. f (w, x, y, z) (1,3,7,9,11,15) 5. f (w, x, y, z) (1,3,7,9,11,15) 13. f (w, x, y, z) (1,4,5,7,8,9,13,14,15) 6. f (w, x, y, z) (1,4,5,7,8,9,13,14,15) 7. f (v, w, x, y, z) 14. f (v, w, x, y, z) (0,4,18,19,23,27,28,29,31) (0,4,18,19,23,27,28,29,31) 8. f (A, B, C, D) (3,4,7,8,9,10,11,12,15) 15. f (A, B, C, D) (3,4,7,8,9,10,11,12,15) 20 Tổng hợp mạch logic tuần tự Khái niệm mạch logic tuần tự Tổng hợp mạch logic tuần tự 21 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 7
Page 8
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Khái niệm mạch logic tuần tự Định nghĩa, Tính chất Phân loại Biểu diễn bằng đồ thị thời gian 22 Đinh nghĩa và Tính chất của 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 vòng kín (có phản hồi) 23 Phân loại về mạch logic tuần tự Mạch logic tuần tự đồng bộ: việc chuyển trạng thái trong mạch không những chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, trạng thái 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 trước đó Không có tín hiệu đồng bộ Thường gặp trong công nghệ của các máy sản xuất công nghiệp 24 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 8
Page 9
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Biểu diễn bằng đồ thị thời gian 25 Tổng hợp mạch logic tuần tự Phương pháp ma trận trạng thái Phương pháp GRAFCET Bài tập 26 Phương pháp ma trận trạng thái Yêu cầu công nghệ Mã hóa bài toán Chuyển các quá trình công nghệ thành các biến logic Lập bảng chuyển trạng thái Rút gọn bảng chuyển Tối thiểu hóa hàm logic Mã hóa biến trung gian Thực hiện mạch nhớ Xác định các hàm logic cho biến trung gian và biến ra 27 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 9
Page 10
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Yêu cầu công nghệ Cho sơ đồ công nghệ như hình vẽ: Ban đầu thiết bị chạm vào a0 và di chuyển sang phải. Sau đó thiết bị chạm vào a1 và di chuyển sang trái. Tiếp theo thiết bị lại chạm vào a0 và chu trình được lặp lại. Chú ý rằng, khi thiết bị rời khỏi vị trí của cảm biến thì cảm biến lại trở về trạng thái không tác động. 28 Mã hóa bài toán Xác định biến vào là a0 và a1; Số trạng thái và Graph chuyển biến ra là A+ (sang phải) và A- trạng thái: vào/ra = a0a1/A+A- (sang trái) 29 Lập bảng chuyển trạng thái • NÚT: Trạng thái (1) có đầu vào là 10 • NHÁNH: Trạng thái 1 có thể chuyển sang nên ở hàng 1, cột ứng với tổ hợp 10 ta trạng thái 2 nên ở hàng 1, cột ứng với tổ hợp ghi (1). Tương tự ta ghi các trạng thái 00 là tổ hợp ứng với trạng thái 2, ta ghi số 2. ổn định khác như (2) ở hàng 2, cột 00; Tương tự ta ghi 3 ở hàng 2, cột 01; 4 ở hàng (3) ở hàng 3 cột 01; và (4) ở hàng 4, cột 3, cột 00 và 1 ở hàng 4 cột 10. 00. 30 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 10
Page 11
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Lập bảng chuyển trạng thái 31 Lập bảng chuyển trạng thái 32 Rút gọn bảng chuyển trạng thái | Quy tắc nhập hàng Trên cùng 1 cột biến vào, các hàng phải có cùng số ký hiệu trạng thái hoặc là giá trị trống. Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra, nhưng ưu tiên nhập các hàng có đầu ra giống nhau. Số hàng nhập nhiều nhất có thể 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 33 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 11
Page 12
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Rút gọn bảng chuyển trạng thái Bảng MI Bảng MII 34 Rút gọn bảng chuyển trạng thái • Ta thấy hàng 1 và 2 có thể ghép với • Ô ở cột 1 của hàng 1 là 2 ổn định, ở hàng 2 là 2 nhau, hàng 3 và 4 có thể ghép với trung gian nên ghép thành 2 ổn định. nhau. Bảng chuyển sẽ như sau • Ô ở cột 2 hàng 1 là ô trống, ở hàng 2 là 3 trung gian nên ghép thành 3 trung gian. • Ô ở cột 3 hàng 1 và 2 đều là ô trống nên ghép thành ô trống. • Ô ở cột 4 hàng 1 là 1 ổn định, ở hàng 2 là ô trống nên ghép thành 1 ổn định. 35 Xác định và mã hóa biến trung gian Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin 2Smin N (N: số hàng của M II) N = 2 Smin = 1 chọn 1 biến trung gian X Mã hóa 36 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 12
Page 13
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Xác định hàm logic cho các biến trung gian X Tối thiểu hóa được hàm sau : 37 Xác định hàm logic điều khiển các biến ra A+ Các trạng thái 1 và 2 ứng với A+ = 1, các trạng thái 3 và 4 ứng với A+ = 0 nên trong các ô của bảng Các nô tương ứng với các ô trong MII có ghi trạng thái 1 và 2 ổn định ta điền giá trị 1, ghi trạng thái 3 và 4 ổn định ta điền 0, ghi các các ô có trạng thái trung gian Tối thiểu hóa được hàm sau: A+ = ta để trống. 38 Xác định hàm logic điều khiển các biến ra A- Các trạng thái 1 và 2 ứng với A- = 0, trạng thái 3 và 4 ứng với A- = 1 nên trong các ô trong bảng Các nô ứng với các ô trong MII có ghi trạng thái 1 và 2 ổn định ta điền giá trị 0, ghi trạng thái 3 và 4 ổn định ta điền 1, ghi các trạng thái trung gian ta để trống. Tối thiểu hóa được hàm sau: A- = X 39 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 13
Page 14
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Sơ đồ nguyên lý và hàm logic • X = a1 + 0X • A+ = • A- = X 40 Phương pháp GRAFCET • Khái niệm về GRAFCET • Một số kí hiệu cơ bản của GRAFCET • Đặc điểm của GRAFCET • Quy tắc hoạt động của GRAFCET • Xây dựng hàm logic từ GRAFCET • Các dạng mạch đặc biệt của GRAFCET • Ví dụ ứng dụng 41 Khái niệm về GRAFCET Biểu diễn các quá trình công nghệ dưới dạng lưu đồ (graph) các trạng thái làm việc Xây dựng các hàm logic điều khiển và sơ đồ điều khiển từ lưu đồ (graph) các trạng thái làm việc 42 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 14
Page 15
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Một số kí hiệu cơ bản Tên gọi Ký hiệu Trạng thái ban đầu Trạng thái thông thường Trạng thái đang hoạt động Cung định hướng và chuyển tiếp 43 Đặc điểm của GRAFCET Mỗi trạng thái ứng với một hoặc một nhóm hành động hoàn chỉnh. Mỗi chuyển tiếp đi kèm với tác nhân kích thích (điều kiện logic) biểu thị điều kiện chuyển trạng thái. Trạng thái đang hoạt động: thực thi các hành động tương ứng với trạng thái đó. Hoạt động của GRAFCET: các trạng thái lần lượt hoạt động theo trình tự quy định. 44 Quy tắc hoạt động của GRAFCET • Quy tắc hoạt động của GRAFCET (quy tắc vượt qua chuyển tiếp) • Chuyển tiếp sẵn sàng: các trạng thái ngay trước chuyển tiếp (đầu vào) là đang hoạt động • Chuyển tiếp được vượt qua: khi chuyển tiếp sẵn sàng và tác nhân kích thích xảy ra (điều kiện logic là đúng) • Khi vượt qua chuyển tiếp: Các trạng thái ngay trước chuyển tiếp ngừng hoạt động, đồng thời các trạng thái ngay sau (đầu ra) hoạt động. 45 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 15
Page 16
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Quy tắc hoạt động của GRAFCET Ví dụ 1 0 trạng thái ban đầu Ấn nút m và đang ở đầu hành trình 1 Đi sang phải Đã ở cuối hành trình 2 Đi sang trái Đã ở đầu hành trình 46 Xây dựng hàm logic từ GRAFCET Mỗi trạng thái i ứng với một biến raSi Mỗi biến S sẽ có 2 hàm: hàm đóng (set) Si+ và hàm cắt (reset)S - i Cần một tín hiệu xác lập trạng thái ban đầu (g) 47 Xây dựng hàm logic từ GRAFCET Ví dụ 2. 48 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 16
Page 17
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Xây dựng hàm logic từ GRAFCET Ví dụ 2. 49 Xây dựng hàm logic từ GRAFCET Ví dụ 2: Sơ đồ điều khiển rơ le-tiếp điểm 50 Các dạng mạch đặc biệt • Mạch phân kỳ “HOẶC” • Mạch hội tụ “HOẶC” • Mạch phân kỳ “VÀ” • Mạch hội tụ “VÀ” 51 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 17
Page 18
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Mạch phân kỳ “HOẶC” 52 Mạch hội tụ “HOẶC” 53 Mạch phân kỳ “VÀ” 54 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 18
Page 19
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Mạch hội tụ “VÀ” 55 Ví dụ ứng dụng Hệ thống gồm 2 cơ cấu chuyển động lên- xuống và phải-trái. Đầu tiên cơ cấu ở đầu hành trình đi ngang và đầu hành trình đi xuống, dưới tác động “g” cơ cấu sẽ thực hiện chuyển động đi xuống (cơ cấu chuyển động phải-trái đứng im). Khi gặp cảm biến a1 thì sẽ thực hiện chuyển động lên (cơ cấu chuyển động phải-trái vẫn đứng im). • Khi gặp cảm biến a0 và b0 thì cơ cấu lên- • Khi gặp cảm biến a0 và b1 thì cơ cấu lên- xuống dừng, cơ cấu phải-trái thực hiện xuống dừng, cơ cấu phải-trái thực hiện chuyển động sang phải và mang theo cả chuyển động sang trái và mang theo cả cơ cơ cấu lên-xuống. Khi gặp cảm biến b1 cấu lên-xuống. Khi gặp b0 thì cơ cấu cơ cấu phải-trái dừng và cơ cấu lên phải-trái dừng và cơ cấu lên xuống thực xuống hoạt động thực hiện chuyển động hiện chuyển động đi xuống và chu trình sẽ đi xuống. được lặp lại. 56 Ví dụ ứng dụng 57 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 19
Page 20
NCM. HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG ME4501 – PLC & MẠNG CÔNG NGHIỆP Ví dụ ứng dụng 58 Ví dụ ứng dụng 59 Bài tập 1 Yêu cầu: 1. Xác định hàm logic theo phương pháp ma trận trạng thái. 2. Xây dựng mạch logic của hệ thống 60 KHOA CƠ ĐIỆN TỬ - TRƯỜNG CƠ KHÍ 20
Affichage des 20 premières pages. Téléchargez le document pour le voir en entier.
Commentaires (0)
Aucun commentaire pour le moment. Soyez le premier !