УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА-ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1995 года по МПК G06F3/00 G06F3/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для ввода-вывода информации, пригодной для обработки в ЭВМ.

Известно устройство для двустороннего обмена информацией, содержащее генератор тактовой частоты, счетчик, первый и второй дешифраторы, ключи вызова, первую и вторую группы элементов И, элементы памяти, индикаторы, ключи ответа [1].

Недостатком этого устройства является необходимость передачи информации в параллельном коде и передачи строба по отдельной линии, что ограничивает функциональные возможности устройства при подключении к локальной вычислительной сети с использованием ЭВМ.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для ввода-вывода информации, содержащее клавиатуру, соединенную через шифратор и первый регистр с первым блоком сопряжения, формирователь импульсов, соединенный с первым блоком сопряжения, коммутатор, второй блок сопряжения, соединенный через дешифратор с блоком индикации, к первому входу которого подключен генератор импульсов, а второй вход соединен с вторым выходом второго регистра [2].

Недостаток данного устройства заключается в том, что передача информации в нем амплитудно-модулированными посылками не обеспечивает передачу тактовой частоты по информационной линии связи, что снижает скорость обмена информацией и достоверность ее восстановления, т.е. ограничивает функциональные возможности устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для ввода-вывода информации путем обеспечения одновременной индикации регистрируемых состояний технологического процесса, а также повышение надежности его работы.

Предложенное конструктивное выполнение устройства для ввода-вывода информации обуславливает расширение его функциональных возможностей, так как в отличие от прототипа введение второго формирователя импульсов и блока памяти позволяет обеспечить одновременную индикацию регистрируемых состояний технологического процесса, а введение блоков синхронизации и управления повышает надежность работы устройства за счет исключения ложного срабатывания при набеге фаз на элементах схемы устройства. Использование фотооптического считывателя позволяет благодаря перфорированным картам оперативно менять информацию, что также расширяет функциональные возможности устройства и повышает его надежность, так как исключает механические контакты.

При наличии логической "1" в восьмом разряде кода информации, поступающей с второго выхода второго регистра на седьмой вход блока управления, согласно предлагаемой структурной схеме устройство для ввода-вывода информации в отличие от прототипа приобретает возможность автоматического контроля своей работоспособности по инициативе ЭВМ без участия оператора путем обеспечения возможности повторения цикла вывода информации, что усиливает полученный эффект, расширяя функциональные возможности устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для ввода-вывода информации; на фиг.2 показаны временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.3 изображена схема второго блока сопряжения; на фиг.4 показаны временные диаграммы, поясняющие работу второго блока сопряжения; на фиг.5 изображена схема блока синхронизации; на фиг.6 - схема блока управления; на фиг.7 и 8 представлен алгоритм работы блока управления; на фиг.9 изображена схема первого блока сопряжения; на фиг.10 показаны временные диаграммы, поясняющие работу первого блока сопряжения.

Устройство для ввода,вывода информации содержит второй блок 1 сопряжения, блок 2 синхронизации, второй формирователь 3 импульсов, блок 4 управления, первый формирователь 5 импульсов, генератор 6 импульсов, первый блок 7 сопряжения, первый регистр 8, клавиатуру 9, шифратор 10, коммутатор 11, блок 12 индикации, фотооптический считыватель 13, второй регистр 14, дешифратор 15, блок 16 памяти. Временные диаграммы (фиг.2) обозначены позициями 17-25.

Для обеспечения работы устройства для ввода-вывода информации его предварительно подключают к каналу обмена с ЭВМ, заполненному синхросигналами, вырабатываемыми на стороне ЭВМ (фиг.2, 18). Эти синхросигналы поступают на первый вход второго блока 1 сопряжения.

Второй блок 1 сопряжения содержит (фиг.3) оптоэлектронный коммутатор 26, формирователь 27 импульсов, в качестве которого могут быть использованы два элемента НЕ, RS-триггер 28 и D-триггер 29.

Второй блок 1 сопряжения работает следующим образом.

Фазомодулированный импульсный сигнал в виде двуполярных импульсов тока от ЭВМ по двухпроводной симметричной линии связи поступает на вход оптоэлектронного коммутатора 26, который обеспечивает гальваническую развязку между ЭВМ и устройством для ввода,вывода информации и преобразует двуполярные импульсы тока (фиг.4, 30) в однополярные импульсы напряжения (фиг.4, 31 и 32). Однополярные импульсы напряжения поступают на первый выход второго блока 1 сопряжения и на первый и второй входы формирователя 27 импульсов, который, укорачивая длительность фронтов импульсов и инвертируя их по напряжению, со своих первого и второго выходов передает их соответственно на первый и второй входы RS-триггера 28. RS-триггер 28 на своем выходе фиксирует (фиг. 4, 33) текущее значение фазы входных импульсов и передает ее на первый вход (D-вход) D-триггера 29. На второй вход D-триггера (С-вход), являющийся вторым входом второго блока сопряжения, поступает синхросигнал Ф 5 (фиг. 4, 34), по переднему фронту которого происходит запись значения фазы, в результате чего на выходе D-триггера 29 формируется код принимаемой информации в потенциальном виде (фиг.4, 35), тем самым производя демодуляцию фазомодулированного сигнала, и направляется на второй выход второго блока сопряжения.

Однополярные импульсы напряжения с первого выхода второго блока 1 сопряжения поступают на вход блока 2 синхронизации для выработки им синхросигналов для всего устройства для ввода-вывода информации, что позволяет обеспечить надежность его работы.

Блок 2 синхронизации (фиг.5) содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36, выходом соединенный с интегрирующей RC-цепью 37, элементы НЕ 38, 39, двоичный счетчик 40 на два, элементы ИЛИ-НЕ 41, 42. Он вырабатывает синхросигналы Ф1, Ф2, Ф3, Ф4, Ф5, Ф6 и направляет синхросигнал Ф1 с первого своего выхода на первый вход второго формирователя 3 импульсов, выполненного, например, на базе одновибратора, и вторые входы блока 4 управления и первого формирователя 5 импульсов, выполненного, например, на базе D-триггера, синхросигнал Ф2 с второго своего выхода на второй вход генератора 6 импульсов, в качестве которого может быть использовано, например, соединение счетчиков, и третий вход блока 4 управления, синхросигнал Ф3 с третьего своего выхода на вторые входы первого блока 7 сопряжения, синхросигнал Ф4 с четвертого своего выхода на третий вход первого блока 7 сопряжения, синхросигнал Ф5 с пятого своего выхода на второй вход второго блока 1 сопряжения и четвертый вход первого блока 7 сопряжения, синхросигнал Ф с шестого своего выхода на второй вход второго регистра 14, в качестве которого может быть использован, например, сдвиговый регистр.

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36 и интегрирующая цепь 37 блока 2 синхронизации исключают высокочастотные помехи и чередование фаз входных импульсов, поступивших с первого выхода второго блока 1 сопряжения, и выдают на четвертый выход блока 2 синхронизации синхросигнал Ф4 (фиг.2, 19), а на пятый и шестой выходы блока синхронизации поступает этот же соответственно инверсный Ф5 и прямой отформированный Ф6 сигналы.

Двоичный счетчик 40 на два и логические элементы ИЛИ-НЕ 41, 42 обеспечивают поступление на первый и второй выходы блока 2 синхронизации соответственно сигналов Ф1 и Ф2 (фиг.2, 20 и 21). Двухфазная синхронизация сигналами Ф1 и Ф2, разнесенными по времени, с несовпадающими фронтами позволяет повысить надежность срабатывания блоков устройства для ввода-вывода информации, исключая неоднозначность выработки сигналов управления во время переходных коммутационных процессов используемых логических элементов.

Двоичный счетчик 40 на два также выдает на третий выход блока 2 синхронизации сигнал Ф3 длительностью, равной расстоянию между передними фронтами сигналов Ф1 и Ф2, что позволяет обеспечить функционирование первого регистра 8 и первого блока 7 сопряжения.

Для изменения состояния технологического процесса необходимо передать в ЭВМ определенную команду: "влево", "охлаждение", "поворот 90". Для этого оператор нажимает и отпускает кнопку, соответствующую этой команде, на клавиатуре 9. В момент нажатия замкнутые контакты кнопки обеспечивают прохождение импульса напряжения через шифратор 10 при наличии на его втором входе синхросигнала Ф7, поступающего с второго выхода генератора 6 импульсов. По переднему фронту этого импульса напряжения шифратор 10 выставляет на своем первом выходе двоичный восьмиразрядный параллельный код (одно слово) нажатой кнопки, поступающий на информационные входы первой группы коммутатора 11.

Одновременно с выдачей кода кнопки клавиатуры 9 шифратор 10 с второго своего выхода выдает команду "останов" в виде логической "1" на первый вход первого формирователя 5 импульсов (фиг.2, 22). Строб "СТРБ 1" логической "1" с первого выхода первого формирователя 5 импульсов (фиг.2, 23) поступает на третий вход шифратора 10, останавливая шифрацию, и на первые входы блока 4 управления, запуская его, генератора 6 импульсов, запуская его. Генератор 6 импульсов с первого своего выхода подает сигнал на первый вход блока 12 индикации, выполненного, например, на светодиоде, включающее индикацию срабатывания нажатой кнопки.

Одновременно с выходом строба "СТРБ 1" с первого выхода первого формирователя 5 импульсов с его второго выхода на четвертый вход блока 4 управления поступает этот же строб, но претерпевший инверсию - "СТРБ 2" в виде логического "0".

Блок 4 управления (фиг.6) включает D-триггеры 43, 47, 50, четырехвходовый элемент И-НЕ 44, элементы И-НЕ 45, 49, трехразрядный двоичный счетчик 46, элемент ИЛИ-НЕ 48.

Блок 4 управления организует последовательную передачу на первый вход первого регистра 8 с выхода коммутатора 11 информации в виде двоичного параллельного кода, состоящего из трех восьмиразрядных слов, поступающей с первого выхода шифратора 10 о коде нажатой кнопки на первый вход коммутатора 11, а с выходов фотооптического считывателя 13 информации, заданной его перфорированными картами, соответственно на информационные входы второй группы коммутатора 11 под управлением двухразрядного кода, поступающего на вход фотооптического считывателя 13, и адресный вход коммутатора 11 с первого выхода блока 4 управления в соответствии с алгоритмом его работы (фиг. 7 и 8).

Поступившая под управлением блока 4 управления при наличии на его втором и третьем входах синхросигналов Ф1 и Ф2 информация с выхода коммутатора 11 на первый вход регистра 8 фиксируется в нем под управлением сигнала "Запись", поступающего на его третий вход с второго выхода блока 4 управления, и преобразуется регистром 8 из параллельного кода в последовательный. Информация в последовательном коде в виде потенциального сигнала с первого выхода первого регистра 8 (фиг.2, 17) поступает на первый вход первого блока 7 сопряжения.

Первый блок сопряжения (фиг.9) содержит элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 51, 52 элемент И-НЕ 53, 54, элемент НЕ 55, элемент 56 токозадающих резисторов.

Первый блок сопряжения работает следующим образом.

Код передаваемой на ЭВМ информации в потенциальном виде (фиг.10, 57) с первого входа первого блока 7 сопряжения поступает на первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 51, 52 с одновременным поступлением на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 51 синхросигнала Ф4 (фиг.10, 58). Одновременно на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 52 поступает тот же, но инвертированный синхросигнал Ф5. На выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 51 и 52 в соответствии с их функцией формируются сигналы, отличающиеся по фазе от входных сигналов синхронизации (происходит фазоимпульсная модуляция), в зависимости от логического уровня информации на первых входах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 51 и 52. Наличие логической "1" на этих входах переворачивает фазу сигналов синхронизации на 180о, а наличие логического "0" , не переворачивает фазы сигналов синхронизации. Одновременно на вход элемента НЕ 55 поступает сигнал ФЗ синхронизации, который, претерпев инверсию (фиг.10, 59) в элементе НЕ 55, поступает на вторые входы элементов И-НЕ 53 и 54, стробируя прохождение сигналов с их первых входов на их выходы (фиг.10, 60 для выхода элемента И-НЕ 53; 61 для выхода элемента И-НЕ 54). Сигнал с выхода элементов И-НЕ 53 и 54 поступает на первый и второй соответственно входы элемента 56 токозадающих резисторов с последующей передачей фазомодулированного импульсного сигнала (фиг. 10, 62) в виде двуполярных импульсов тока с выхода первого блока 7 сопряжения в симметричную двухпроводную линию ЭВМ.

Первый регистр 8 по окончании передачи информации в первый блок 7 сопряжения вырабатывает сигнал "Готов передатчик", передаваемый им со своего второго выхода на пятый вход блока 4 управления для организации блоком управления очередного цикла передачи информации через коммутатор 11. На этом цикл вывода одного слова заканчивается.

После вывода трех слов устройство для ввода,вывода информации заканчивает цикл вывода информации в ЭВМ о нажатой кнопке в соответствии с алгоритмом работы (фиг. 7) блока 4 управления (фиг.6). По окончании цикла вывода трех слов блок 4 управления с третьего своего выхода выставляет разрешающий потенциал на третий вход первого формирователя 5 импульсов, благодаря которому на первом и втором выходах первого формирователя 5 одновременно происходит переход строба "СТРБ 1" в логический "0", а строба "СТРБ 2" ,, в логическую "1". Логический "0" на третьем входе шифратора 10 разрешает шифрацию, а логическая "1" на четвертом входе блока 4 управления подготавливает его к следующему циклу своей работы, тем самым приводя устройство для ввода-вывода информации в исходное состояние для возможности нажатия кнопки.

После обработки полученной информации ЭВМ выдает через симметричную двухпроводную линию связи в устройство для ввода-вывода информации ответную или инициативную команду на индикацию состояния. Команда в последовательном коде поступает на первый вход второго блока 1 сопряжения. При наличии на втором входе второго блока сопряжения синхросигнала Ф5, поступающего с пятого выхода блока 2 синхронизации, во втором блоке сопряжения происходит фазоимпульсная демодуляция импульсного сигнала, направляемого с его второго выхода на первый вход второго регистра 14, где происходит его преобразование из последовательного кода в параллельный при поступлении на второй вход второго регистра сигнала синхронизации Ф6 с шестого выхода блока 2 синхронизации. По заполнении второго регистра 14 поступившей информацией (восьмиразрядным словом) он вырабатывает на своем первом выходе сигнал "Готов приемник", который поступает на шестой вход блока 4 управления и одновременно на второй вход второго формирователя 3 импульсов, запуская его.

В момент выработки вторым формирователем импульсов на своем первом выходе сигнала строб "СТРБ 3", поступающего на первый вход дешифратора 15, происходит разрешение на дешифрацию. В дешифраторе 15 происходит дешифрация восьмиразрядного кода, поступившего на его второй вход с второго выхода второго регистра 14.

При наличии логической "1" в восьмом разряде кода информации, поступающей с второго выхода второго регистра 14 на седьмой вход блока 4 управления, на четвертом выходе блока управления вырабатывается команда, поступающая на четвертый вход первого формирователя 5 импульсов, эквивалентная команде "останов", поступающей на первый вход первого формирователя 5 импульсов с второго выхода шифратора 10, т.е. цикл вывода информации из устройства ввода-вывода информации повторяется, но теперь уже по инициативе ЭВМ, без участия оператора и задействования клавиатуры 9, что позволяет обеспечить достижение дополнительного эффекта, а именно обеспечить автоматический контроль работоспособности устройства для ввода-вывода информации по программе ЭВМ.

По окончании сигнала "СТР 3" второй формирователь 3 импульсов на своем втором выходе формирует сигнал "Конец чтения", который, поступая на третий вход второго регистра 14, разрешает ему прием очередной информации.

Дешифрованный код из дешифратора 15 поступает на вход блока 16 памяти и запоминается. С выхода блока 16 памяти сигнал, соответствующий командам от ЭВМ, например "охлаждение", "поворот 90" и т.д., поступает на второй вход блока 12 индикации, включая или выключая индикатор. На этом цикл ввода информации закончен.

Выполнение устройства для ввода-вывода информации описанным выше образом обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет одновременной индикации регистрируемых состояний технологического процесса, а также повышение надежности работы за счет использования двухфазной синхронизации.

Использование: в устройствах ввода-вывода информации, пригодной для обработки в ЭВМ. Сущность: устройство содержит блоки 1, 7 сопряжения, блок 2 синхронизации, формирователи 3, 5 импульсов, блок 4 управления, генератор 6 импульсов, регистры 8, 14, клавиатуру 9, шифратор 10, коммутатор 11, блок 12 индикации, дешифратор 15, блок 16 памяти. 10 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА-ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ, содержащее клавиатуру, шифратор, первый формирователь импульсов, генератор импульсов, блок индикации, первый и второй блоки сопряжения, первый и второй регистры, коммутатор, дешифратор, выход первого блока сопряжения является выходом устройства, вход второго блока сопряжения - входом устройства, отличающееся тем, что в него введены второй формирователь импульсов, блок управления, блок синхронизации, блок памяти, фотооптический считыватель, причем выходы клавиатуры соединены с информационными входами шифратора, выходы группы которого соединены с информационными входами первой группы коммутатора, выходы которого соединены с информационными входами первого регистра, информационный выход которого соединен с информационным входом первого блока сопряжения, выход шифратора соединен с первым информационным входом первого формирователя импульсов, первый выход которого соединен с первым управляющим входом шифратора, первым входом блока управления и входом запуска генератора импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом блока индикации, второй выход - с вторым управляющим входом шифратора, информационные выходы группы второго блока сопряжения соединены с входами блока синхронизации, информационный выход второго блока сопряжения - с информационным входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом запуска второго формирователя импульсов и шестым входом блока управления, выходы группы второго регистра соединены с информационными входами дешифратора, выходы которого соединены с входами блока памяти, выходы которого соединены с информационными входами блока индикации, один из выходов группы второго регистра соединен с седьмым входом блока управления, первый выход второго формирователя импульсов соединен с управляющим входом дешифратора, а второй выход - с управляющим входом второго регистра, первый выход блока синхронизации соединен с вторым входом запуска второго формирователя импульсов, вторым входом блока управления и тактовым входом первого формирователя импульсов, второй выход соединен с управляющим входом генератора импульсов и третьим входом блока управления, третий выход соединен с входом сдвига первого регистра и первым управляющим входом первого блока сопряжения, четвертый выход - с вторым управляющим входом первого блока сопряжения, пятый выход - с третьим управляющим входом первого блока сопряжения и управляющим входом второго блока сопряжения, а шестой выход - с входом сдвига второго регистра, первый выход блока управления соединен с адресным входом коммутатора и входом фотооптического считывателя, выходы которого соединены с информационными входами второй группы коммутатора, второй выход блока управления соединен с входом записи первого регистра, выход переполнения которого соединен с пятым входом блока управления, третий выход которого соединен с входом сброса первого формирователя импульсов, четвертый выход соединен с вторым информационным входом первого формирователя импульсов, второй выход которого соединен с четвертым входом блока управления.