Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.1 Logické obvody Kapitola 16 Sekvenční logické obvody Ing. Igor Třaska 1.9.2013
Obsah ÚVOD... 1 1 SEKVENČNÍ LOGICKÉ OBVODY... 2 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod Výukový materiál vysvětluje pojem sekvenční logický obvod, jeho vlastnosti a využití. Dále je vysvětlen pojem klopný obvod. Výukový materiál je doplněn o pracovní list, který je zaměřen na kontrolní otázky k probíranému tématu. Výukový materiál je přednostně určen studentům 4. ročníku vzdělávacího oboru 39-41- L/01 Autotronik a vzdělávacího oboru 23-45-M/01 Dopravní prostředky. Vzdělávací materiál pokrývá nejdůležitější obsahovou část odborných předmětů Automatizace, Aplikovaná elektronika a Odborný výcvik. Každý pracovní list (dále jen PL) provede studenta probíranou tématikou ve formě praktického zapojování, měření a výpočtu, kdy si student sám ověří platnost probírané problematiky. Pro úspěšné zvládnutí měřicích úloh je nezbytná dostatečná teoretická příprava studentů v elektrotechnických odborných předmětech, zejména v předmětu Elektronika a elektrotechnika a Automatizace. 1
1 Sekvenční logické obvody Sekvenční logický obvod je takový logický obvod, u něhož jsou hodnoty výstupních signálů určeny nejen okamžitými hodnotami vstupních proměnných, ale i hodnotami předchozími - případně pořadím příchodu těchto proměnných. To znamená, že tyto logické obvody si musí pamatovat své předchozí stavy. To se řeší tak, že všechny sekvenční logické obvody mají dva výstupy označované Q a Q. Výstup Q je negovaným výstupem Q. Na základě této paměťové informace, současného stavu vstupních logických proměnných a předpisu sekvenčního logického obvodu se určuje logická hodnota výstupních proměnných. Sekvenční obvody mají široké využití v průmyslu, pro řízení výrobních procesů. Abychom ale příklady využití nehledali příliš daleko, podíváme se na využití sekvenčních logických obvodu v nápojovém automatu. Příklad: Pokud si u nápojového automatu zvolíte kávu s cukrem mlékem, sekvenční logický obvod, který proces přípravy vašeho nápoje řídí, musí časově skloubit několik procesů. Předně musí začít ohřívat vodu, pak začne vroucí vodu dávkovat do kelímku a postupně přidává předepsané množství kávy. Na závěr přidá cukr a mléko. Pokud by celý proces nebyl sekvenčně, neboli časově řízen, nevypadl by vám z automatu očekávaný lahodný nápoj. Představte si, jak by příprava nápoje dopadla, kdyby se nejprve napustila voda do kelímku, pak se nadávkovaly všechny ingredience a nakonec by automat začal vodu ohřívat. Z uvedeného příkladu je zřejmé, že návrh sekvenčních logických obvodů bývá složitý a překračuje obsah tohoto výukového materiálu. Jednou ze základních částí sekvenčního logického obvodu je paměť, tj. část obvodu pro pamatování informace - jejím základním představitelem je klopný obvod. Kde: Obrázek 1. Schéma sekvenčního logického obvodu a,b vstupní signály; y 1,y 2, y 3 výstupní signály; y 3P signál předchozího výstupu y 3 2
Z obrázku je patrné, že sekvenční logické obvody potřebují pro svou činnost tzv. hodinový signál, který ovládá časování sekvenčního obvodu. Hodinový signál (CLOCK) hlídá časování obvodu a zamezuje tak situacím, aby sekvenční obvod zpracovával vstupní signály dříve, než přijde hodinový signál. To je výhodné v situacích, kdy vstupní signály nedorazí ve stejný čas. Kdyby nebylo zpracovávání vstupních signálů časově koordinováno, docházelo by k chybám, které by vedly k poruchám řízených procesů. Klopné obvody jsou sekvenční logické obvody s vnitřní pamětí dvou stavů. Rozeznáváme klopné obvody typu RS, D a JK. Tyto klopné obvody mají dva výstupy, jeden výstup je tzv. přímý Q a druhý výstup je jeho negací Q. Typy klopných obvodů se liší počtem svých vstupů a principem činnosti. Klopný obvod střídá v důsledku změn vstupů logickou hodnotu přímého a negovaného výstupu. Přímý výstup může mít hodnotu log 0 nebo log 1 a negovaný výstup může mít ve stejný čas hodnotu log 1 nebo log 0. Tento jev se označuje jako klopení. Klopný obvod lze sestavit z elektronických součástek. Kontrolní otázky: Napište, v čem se liší kombinační a sekvenční logické obvody? Kolik výstupních signálů mají sekvenční logické obvody? K čemu v sekvenčních logických obvodech slouží paměť? K čemu v sekvenčních logických obvodech slouží hodinový signál? 3
2 Doporučená literatura 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY: Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY: Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2. 4. Maťátko, Ján. ELEKTRONIKA, Praha : IDEA SERVIS., 2007. ISBN 978-80-85970-64-7. 5. Jiří Tůma, Renata Wagnerová, Radim Farana, Lenka Landryová. ZÁKLADY AUTOMATIZACE, Ediční středisko VŠB TUO, Ostrava 2007. ISBN 978-80-248-1523-7 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Jiří Tůma, Renata Wagnerová, Radim Farana, Lenka Landryová. ZÁKLADY AUTOMATIZACE, Ediční středisko VŠB TUO, Ostrava 2007. ISBN 978-80-248-1523-7 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1. SCHÉMA SEKVENČNÍHO LOGICKÉHO OBVODU... 2 6