Анализ и синтез релейно-контактных схем

Одно из применений алгебры высказываний – анализ и синтез релейно-контактных схем.

Еще в 1910 году физик П.С. Эренфест указал на возможность применения аппарата алгебры логики при исследовании релейно-контактных схем. Каждой схеме можно поставить в соответствие некоторую формулу алгебры высказываний, и каждая формула алгебры высказываний реализуется с помощью некоторой схемы.

Рассмотрим 2-х-полюсные переключатели, т.е. такие, которые имеют два состояния: «замкнуто» - 1, «разомкнуто» - 0. На схеме будем изображать:

Определение 7. Переключатель, который сблокирован с X так, что он замкнут, если X разомкнут, и разомкнут, если X замкнут, называется инверсным и обозначается .

Конъюнкция двух высказываний X и Y будет представлена двухполюсной схемой с последовательным соединением двух переключателей X и Y.

Эта схема пропускает ток тогда и только тогда, когда истины и X, и Y одновременно, то есть истина конъюнкция X&Y.

X&Y

Дизъюнкция двух высказываний X и Y изобразится двухполюсной схемой с параллельным соединением двух переключателей X и Y.

X Y

Эта схема пропускает ток в случае, если истинно высказывание X или истинно высказывание Y, то есть истина дизъюнкция X Y.

Таким образом, всякую булеву формулу можно трактовать как некоторую последовательно-параллельную схему от 2-х-полюсных переключателей. Все свойства булевых операций переносятся на соответствующие операции над переключателями. Формула, которую можно составить для каждой схемы называется функцией проводимости схемы, а таблица значений – условиями работы схемы.

Определение 8. Две схемы называются равносильными, если имеют одинаковые функции проводимости.

Анализ схемы заключается в следующем: для данной схемы составляется функция проводимости, которая на основании законов булевых функций упрощается и для нее строится новая, более простая схема, которая обладает теми же электрическими свойствами.

Синтез схем заключается в построении схем с заданными электрическими свойствами. На основании заданных электрических свойств строится таблица условий работы схемы и затем функция проводимости, представляющая собой СДНФ, а по ней строится схема.

Задача 1. Составить РКС, обладающая следующей функцией проводимости:

Решение:

Задача 2. Составить РКС обладающая следующей функцией проводимости:

Решение:

Задача 3. Составить РКС обладающая следующей функцией проводимости:

Решение:

Задача 4. Упростить РКС:

Решение:

Ей соответствует функция проводимости:

F(X,Y,Z)

F(X,Y,Z)

Этой же функции проводимости соответствует более простая схема.

Задача 5. Упростить РКС:

Решение:

Ей соответствует функция проводимости:

Этой же функции проводимости соответствует более простая схема.

Задача 6. Упростить РКС:

Решение:

Ей соответствует функция проводимости:

Задача 7. Какой контакт необходимо вставить в вакантное место, чтобы функция проводимости полученной схемы стала бы равна данной булевой функции:

Данной схеме соответствует функция проводимости:

Решение:

Задача 8. Какой контакт необходимо вставить в вакантное место, чтобы функция проводимости полученной схемы стала бы равна данной булевой функции:

Данной схеме соответствует функция проводимости:

Решение:

Задача 9. Какой контакт необходимо вставить в вакантное место, чтобы функция проводимости полученной схемы стала бы равна данной булевой функции:

Данной схеме соответствует функция проводимости:

Решение:

Задача 10. Построить РКС с четырьмя переключателями, которая проводит ток тогда и только тогда, когда замыкаются не все переключатели, а только некоторые из них.

Решение:

Составим таблицу значений функции проводимости F (X, Y, Z, T) этой схемы:

В правом столбце звездочками отметим те строки, на которых функция F (X, Y, Z, T) обращается в 0, запишем для неё выражение, используя СКНФ, потому что наборов значений аргументов, на которых функция обращается в 0, значительно меньше, чем наборов значений аргументов, на которых функция обращается в 1, и значит, СКНФ будет более простой, чем СДНФ:

Задача 11. Построить схему с тремя переключателями, которая замыкается тогда и только тогда, когда замкнут либо один, либо два переключателя. При построении использовать не более шести контактов.

Решение:

Составим таблицу значений функции проводимости F (X, Y, Z) этой схемы:

В правом столбце звездочками отметим те строки, на которых функция

F (X, Y, Z, T) обращается в 1, запишем для неё выражение, используя СКНФ, потому что наборов значений аргументов, на которых функция обращается в 0, значительно меньше, чем наборов значений аргументов, на которых функция обращается в 1, и значит, СКНФ будет более простой, чем СДНФ:

Задача 12. Требуется составить схему с четырьмя переключателями X, Y, Z, T. Схема должна проводить ток тогда и только тогда, когда будут замкнуты переключатели X и Y или Z и T.

Решение:

Составим таблицу значений функции проводимости F (X, Y, Z, T) этой схемы:

В правом столбце звездочками отметим те строки, на которых функция

F (X, Y, Z, T) обращается в 1, запишем для неё выражение, используя СДНФ:

Задача 13. Построить контактную схему для оценки результатов некоторого спортивного соревнования тремя судьями при следующих условиях: судья, засчитывающий результат, нажимает имеющуюся в его распоряжении кнопку, а судья, не засчитывающий результат, кнопки не нажимает. В случае, если кнопки нажали не менее двух судей должна загореться лампочка (положительное решение судей принято простым большинством голосов).

Работа РКС описывается функцией Буля трех переменных F (X, Y, Z), где переменные высказывания X, Y, Z означают:

X – судья X голосует «за»

Y – судья Y голосует «за»

Z – судья Z голосует «за»

Таблица истинности функции F (X, Y, Z) имеет вид:

Этой же функции проводимости соответствует более простая схема.