УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G01D9/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для сбора и регистрации информации, формируемой параметрическими датчиками, и в частности, для регистрации полетной информации.

Известен многоканальный регистр, содержащий тактовый генератор, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с последовательно соединенными коммутатором и нормализатором на каждом входе и запоминающим устройством данных на выходе, цифровое устройство управления и приема данных, регистры команд на управляющих входах коммутаторов, формирователь управления нормализаторами, счетчик-делитель, запоминающее устройство команд и блок синхронизации [1]
Этот регистратор, так же как и многоканальные регистраторы по патентам РФ N 2020421, N 2020422, N 2020423, G 01 D 9/00, опубл. 1994, характеризуется значительными аппаратурными затратами и низким уровнем программного обеспечения, обусловленными принципом построения структурной схемы устройства.

Известны бортовые устройства регистрации полетной информации, например. Система БУР-1. Руководство по эксплуатации 6Л1.500.023РЭ. Блок сбора параметрической информации БСПИ-4. Ленинград, Изд.отд.з-да "Прибор", 1982, содержащее коммутаторы аналоговых сигналов и нормализаторы сигналов по виду и/или уровню, подключенные к входам многоканального АЦП, коммутатор дискретных сигналов с формирователем сигналов по уровню, устройство измерения временных интервалов, устройство синхронизации и управления, устройство программного управления, обеспечивающее опрос каналов коммутаторов и подключение нормализаторов по заданной для объекта программе, и формирователь выходного информационного кадра, поступающего на регистратор данных.

Эти устройства регистрации также характеризуется значительными аппаратурными затратами за счет наличия нормализаторов сигналов в зависимости от их вида и формы, сложных систем синхронизации и программного управления, на предусматривающих использование возможностей ЭВМ, что в конечном счете приводит к снижению надежности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоканальное устройство для регистрации информации (см. Бортовое устройство регистрации БУР-ЛК. Руководство по эксплуатации. Спб.Изд.отд.АО НИИ "Топаз", 1995), содержащее коммутаторы аналоговые сигналов ко входам многоканального АЦП, коммутатор дискретных сигналов (разовых команд) с формирователем сигналов по уровню, преобразователь частотных по форме и уровню, выполненный в виде измерительного временного интервала, устройство управления на основе однокристальной микро-ЭВМ, обеспечивающее управление работой коммутаторов, АЦП, обработку результатов измерительной и выдачу цифровой информации на регистрацию, статическое запоминающее устройство (ЗУ), представляющее собой твердотельный регистратор, управляемое второй микро-ЭВМ и соединенное с устройством управления по каналу последовательного интерфейса, и приемо-передатчик, связывающий статическое запоминающее устройство с персональной ЭВМ. При этом выход преобразователя частотных сигналов подключен к счетному входу микро-ЭВМ устройства управления.

В этом устройстве за счет исключения нормализации сигналов по виду (например, преобразования сигналов переменного тока в постоянный), применения быстродействующего АЦП и возложения задач по обработке сигналов на микро-ЭВМ схема построения управления упрощения и количество ее элементов снижено.

Вместе с тем в тракте преобразования частотных сигналов, основанном на методике измерительного временного интервала с последующим преобразованием его в частоту и содержащем устройство для выделения одного или нескольких периодов сигнала, генератор счетных импульсов высокой частоты для заполнения временного интервала и счетчик, а также в схеме статического ЗУ, предусматривающей применение отдельной микро-ЭВМ для управления процесса записи, считывания и стирания информации, аппаратурные затраты остаются значительными, что, как следствие, снижает надежность устройства.

Изобретение решает задачу снижения аппаратурных затрат и повышения надежности устройства регистрации.

Для этого в устройстве для регистрации информации, содержащем коммутатор аналоговых сигналов и устройство согласования и масштабирования, подключенные ко входам многоканального АЦП, устройство управления на основе микро-ЭВМ, первый вход битового порта ввода-вывода который соединен с выходом АЦП, коммутатор разовых команд и преобразователь частотных сигналов по форме и уровню, выходы которых подключены ко второму входу битового порта и третьему входу микро-ЭВМ соответственно, приемо-передатчик и статическое запоминающее устройство, соединенное двусторонней связью с устройством управления, причем первый, второй и третий выходы битового порта ввода-вывода микро-ЭВМ подключены к входам управления с многоканального АЦП, четвертый и пятый выходы порта ввода-вывода соединены со входами управления коммутатора аналоговых сигналов и коммутатора разовых команд соответственно, а порт последовательного интерфейса микро-ЭВМ соединен двусторонней связью с приемопередатчиком, устройство управления дополнительно снабжено шинами адреса, данных и управления, соединенными соответсвенно с параллельными портами адреса, данных и управления микро-ЭВМ, а также регистром и логической схемой ИЛИ, при этом старшие разряды шины адреса соединены с входом данных регистра, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ, один вход которого соединен с шиной управления, а второй вход с шестым выходом битового порта ввода-вывода микро-ЭВМ, порт данных статического запоминающего устройства соединен двусторонней связью с шиной данных устройства управления, младшие разряды порта адреса запоминающего устройства соединены с соответствующими разрядами шины адреса, а старшие разряды порта адреса, номера которых превышают номер старшего разряда шины адреса, подключены к выходам регистра, соединенным также с первыми входами порта управления запоминающего устройства и адресными входами коммутатора аналоговых сигналов, коммутатора разовых команд и многоканального АЦП, а вторые входы порта управления запоминающего устройства соединены с шиной управления устройства управления. Выходы преобразователя частотных сигналов ко входам порта преобразования микро-ЭВМ.

Устройство поясняется чертежом, на котором показана его структурная схема.

Устройство для регистрации информации содержит многоканальный АЦП 1, к информационным входам которого подключены коммутатор 2 аналоговых сигналов и устройство 3 согласования и масштабирования, коммутатор 4 разовых команд, преобразователь 5 частотных сигналов по форме и уровню, устройство управления 6, статическое запоминающее устройство (ЗУ) 7, представляющее твердотельный накопитель с электрической записью, считыванием и стиранием информации, и приемопередатчик 8, обеспечивающий связь устройства для регистрации информации с внешней персональной ЭВМ.

Устройство управления 6 включает микро-ЭВМ 9, первый вход битового порта ввода-вывода соединен с выходом многоканального АЦП 1, второй вход порта ввода-вывода соединен с выходом коммутатора 4 разовых команд, третий и четвертый входы микро-ЭВМ 9 являются входами ее порта прерываний и соединены с выходами преобразователя 5 частотных сигналов. Первый, второй и третий выходы битового порта ввода-вывода микро-ЭВМ 9 подключены к входам управления (тактовому, входу запуска и входу записи адреса соответственно) многоканального АЦП 1, четвертый и пятый выходы порта ввода-вывода соединены со входами управления коммутатора 2 аналоговых сигналов и коммутатора 4 разовых команд соответственно, а порт последовательного интерфейса микро-ЭВМ 9 соединен двусторонней связью с приемопередатчиком 8.

Кроме того, устройство управления 6 включает шины адреса 10, данных 11 и управления 12, соединенные соответственно с параллельными портами адреса, данных и управления микро-ЭВМ 9, а также регистр 13 и логическую схему ИЛИ 14, при этом старшие разряды шины адреса 10 соединены с входом данных регистра 13, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ 14, один вход которой соединен с шиной управления 12 сигналом RD(чтение), а второй вход с шестым выходом битового порта ввода-вывода микро-ЭВМ 9. Порт данных статического ЗУ 7 соединен двусторонней связью с шиной данных 11 устройства управления 6, младшие разряды порта адреса ЗУ 7 соединены с соответствующими разрядами шины адреса 10, а старшие разряды порта адреса, номера которых превышают номер старшего разряда шины адреса 10, подключены к выходам регистра 13, первыми входами порта управления ЗУ 7 и адресными входами коммутаторов 2 и 4 многоканального АЦП 1, а вторые входы порта управления ЗУ 7 соединены с шиной управления 12 устройства управления
Все блоки устройства для регистрации выполнены на типовой элементной базе. Так, АЦП 1 выполнен в виде АЦП с последовательным выходом данных на микросхеме MAX 187 фирмы Maxim, США; коммутатор 2 аналоговых сигналов и коммутатор 4 разовых команд мультиплексоры на микросхемах ADG527 фирмы Analog Devices, США: для микро ЭВМ 9 использована, например, однокристальная микро-ЭВМ 80C31 фирмы Intel, США либо аналогичная отечественная 1830BE31; статическое запоминающее устройство 7 может быть выполнено на микросхеме флэш-памяти 28F008 фирмы Intel, США н т.д.

Устройство для регистрации информации работает следующим образом.

При подаче напряжения питания от модуля питания (на чертеже не показан) осуществляется автоматический запуск микро-ЭВМ 9, после которого инициируется ее работа по программе, записанной во внутренне ПЗУ программ микро-ЭВМ 9. Возможно использование и внешнего ПЗУ программ, которое должно быть в этом случае размещено в составе устройства управления 6 и подключено к шинам адреса 10, данных 11 и управления 12. В соответствии с загруженной в ПЗУ программой осуществляется работа АЦП 1, обработка результатов аналого-цифрового преобразования, определение значений частоты частотных сигналов, формирование значений текущего времени, формирование и выдача цифровой информации на статическое ЗУ 7 и получение от него информации о порядке и частоте опроса каналов коммутатора 2 аналоговых сигналов и коммутатора 4 разовых команд, типах сигналов, подаваемых на их входы, и частоте (скорости) выдачи цифровой информации на регистрацию.

Эта информация в виде рабочей программы загружается в статическое ЗУ 7 при подготовке устройства интерфейса через приемопередатчик 8, порт последовательного интерфейса микро-ЭВМ 9 и порт управления ЗУ 7. Рабочая программа создается применительно к конкретному объекту, на который устанавливается предлагаемое устройство для регистрации, и размещается в статическом ЗУ 7 в специально отведенной для ее области (служебной зоне), в которую запрещена запись регистрируемой информации. Таким образом обеспечивается универсальность устройства для использования на различных типах объектов без дополнительных аппаратурных затрат.

После запуска микро-ЭВМ 9 осуществляется тестовый контроль ее работы и основных блоков устройства. В режиме тестового контроля определяется адрес рабочей зоны (банка) ЗУ 7, в которую производилась запись информации при предыдущем включении устройства, и адрес ячейки в рабочей зоне, в которую была произведена последняя запись. Это позволяет микро-ЭВМ 9 установить адрес ЗУ 7 для новой записи информации. При обращении к служебной зоне ЗУ 7 определяется записанный в нее код частоты (скорости) выдачи цифровой информации на регистрацию. При этом микро-ЭВМ 9 вырабатывает соответствующие этому коду сигналы внутренних прерываний, которые считаются программным счетчиком позиций, количество единиц счета которого равно числу позиций в полном цикле регистрации параметрической информации. В процессе тестового контроля все разряды этого счетчика устанавливаются в единичное состояние.

После окончания тестового контроля микро-ЭВМ 9 ожидает появления первого прерывания, по которому обнуляется программный счетчик позиций и вырабатывается адрес ячейки служебной зоны ЗУ 7, в которой содержится информация (называемая в дальнейшем инструкция) о номере опрашиваемого канала, типе подаваемого по нему сигнала и частоте опроса выбранного канала, предназначенная для первой позиции цикла регистрации. Аналогично, при появлении каждого следующего прерывания состояние программного счетчика увеличивается на единицу и вырабатываются адреса следующих по порядку ячеек служебной зоны ЗУ 7, в которых содержится инструкции для всех последующих позиций цикла регистрации. Микро-ЭВМ 9 анализирует полученную из ЗУ 7 инструкцию и по коду типа сигнала инициирует работу тех или иных блоков устройства, принимающих и преобразующих этот сигнал, или внутренних элементов самой микро-ЭВМ 9.

В режиме регистрации информации аналоговые системы AC1.ACn поступают от параметрических датчиков в соответствии с программой на входы коммутатора 2 аналоговых или устройства 3 согласования и масштабирования. Канал AC1 предназначен для подключения термопары и характеризуется низким уровнем напряжения. По каналу AC2 подается напряжение от источника питания 27B, которое необходимо согласовать по уровню с используемой элементной базой, то есть ослабить. Каналы AC3. ACn предназначены для приема сигналов остальных датчиков, уровень напряжения которых находится в диапазонах 0-5 B, 0-6 B. Таким образом, нормализованные сигналы с выхода устройства 3 и сигналы с выхода коммутатора 2 аналоговых сигналов подаются на вход многоканального АЦП 1и после преобразования в двоичный код поступают в устройство управления 6 на первый вход битового порта ввода-вывода микро-ЭВМ 9.

Дискретные сигналы PK1.PKn поступают на входы коммутатора 4 разовых команд и после преобразования их в соответствии с программируемым типом подключенной команды в логические уровни сигнала подаются на второй вход битового порта ввода-вывода микро-ЭВМ 9.

Частотные сигналы поступают на входы ЧС1.ЧСn преобразователя 5 частотных сигналов по форме и уровню, формирующего из синусоидальных входных сигналов сигналы типа "меандр" в логических уровнях, которые поступают на входы порта прерываний микро-ЭВМ 9.

Дальнейшая работа микро-ЭВМ 9 строится следующим образом. Если по коду типа сигнала определяется, что поступил аналоговый сигнал, то по коду номера канала в инструкции формируются адреса соответствующих каналов коммутатора 2 и АЦП 1 или адреса канала АЦП 1 при приеме аналогового сигнала от устройства 3 согласования и масштабирования. При этом указанные адреса выдаются через старшие разряды порта адреса микро-ЭВМ 9 в параллельный регистр 13, в который записываются по сигналу, формируемому микро-ЭВМ 9 и выдаваемому через шестой выход битового порта ввода-вывода и логическую схему ИЛИ 14. Адрес на выходе регистра 13 фиксируется на время длительности позиции в коммутаторе 2 или АЦП 1 сигналами "Запись", формируемыми микро-ЭВМ 9 и выдаваемыми через третий и четвертый выходы битового порта ввода-вывода. Аналогично формируются адреса для опроса каналов коммутатора 4 разовых команд. При приеме частотного сигнала инициируется работа второго программного счетчика, считывающего прерывания по фронту входного сигнала за единицу времени.

Одновременно с формированием адресов каналов АЦП 1 и коммутаторов 2 и 4 для каждого сигнала в микро-ЭВМ 9 запускается соответствующая программа обработки этого сигнала, хранящаяся в ПЗУ программ микро-ЭВМ 9. После завершения программы обработки сигнала цифровая информация записывается в рабочую зону (банк) ЗУ 7. При этом адреса ячеек формируются следующим образом. Старшие разряды адреса ЗУ 7, превышающие старший разряд адреса микро-ЭВМ 9 и соответствующие числу рабочих зон ЗУ 7, формируются регистром 13, в который управляющим сигналом RD(запись) через логическую схему ИЛИ 14 записываются старшие разряды шины адреса 10. Младшие разряды адреса ЗУ 7, соответствующие количеству разрядов шины адреса 10, непосредственно подключаются к ней и записываются в ЗУ 7 также сигналом RD, поступающим с шины управления 12. Таким образом, код адреса в шине 10 определяет адреса ячейки памяти в рабочей зоне ЗУ 7, а код адреса на выходе регистра 13 определяет адрес этой зоны. Кроме адресных на выходе регистра 13 формируются и сигналы управления режимов работы ЗУ 7. Эти сигналы обеспечивают выбор кристалла (микросхемы) и управляют режимом питания в процессе работы ЗУ 7.

Для считывания зарегистрированной ЗУ 7 информации в устройство для регистрации подается дискретный сигнал "Обслуживание", который через коммутатор 4 разовых команд поступает в микро-ЭВМ 9 и переводит ее в режим копирования информации из ЗУ 7. При этом с помощью специально разработанного программного обеспечения внешняя ПЭВМ вступает во взаимодействие с микро-ЭВМ 9, и информация из нее в виде файла данных переписывается по каналу последовательного интерфейса на диск ПЭВМ.

Таким образом, предлагаемое устройство для регистрации информации по сравнению с прототипом позволяет существенно снизить аппаратурные затраты за счет использования иного принципа приема и регистрации частотных сигналов, а также другого схемного решения управления процессом записи информации в статическое запоминающее устройство, что, как следствие, приводит к повышению быстродействия работы устройства, снижению его массогабаритных показателей и повышению надежности устройства.

Использование: в информационно-измерительной технике, для сбора и регистрации информации, формируемой параметрическими датчиками, в частности, для регистрации полетной информации. Сущность изобретения: устройство для регистрации информации содержит коммутатор аналоговых сигналов и устройств согласования и масштабирования, подключенные ко входам многоканального АЦП, устройство управления на основе микро-ЭВМ, первый вход битового порта ввода-вывода которой соединен с выходом АЦП, коммутатор разовых команд и преобразователь частотных сигналов по форме и уровню, выходы которых подключены ко второму входу битового порта и третьему микро-ЭВМ соответственно. Статическое запоминающее устройство соединено двусторонней связью с устройством управления. Первый, второй и третий выходы битового порта ввода-выхода микро-ЭВМ подключены к входам управления многоканального АЦП, четвертый и пятый выходы порта ввода-вывода соединены со входами управления коммутатора аналоговых сигналов и коммутатора разовых команд соответственно, а порт последовательного интерфейса микро-ЭВМ соединен двусторонней связью с приемопередатчиком. Устройство управления дополнительно снабжено шинами адреса, данных и управления, соединенными соответственно с параллельными портами адреса, данных и управления микро-ЭВМ, а также регистратором и логической схемы ИЛИ. Старшие разряды шины адреса соединены с входом данных регистра, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ, один вход которой соединен с шиной управления, а второй вход - с шестым выходом битового порта ввода-вывода микро-ЭВМ. Порт данных статического запоминающего устройства соединен двусторонней связью с шиной данных устройства управления, младшие разряды порта адреса запоминающего устройства соединены с соответствующими разрядами шины адреса, а старшие разряды порта адреса, номера которых превышают номер старшего разряда шины адреса, подключены к выходам регистра, соединенным также с первыми входами порта управления запоминающего устройства и адресными входами коммутатора аналоговых сигналов, коммутатора разовых команд и многоканального АЦП, а вторые входы порта управления запоминающего устройства соединены с шиной управления устройства управления. Выходы преобразователя частотных сигналов подключены ко входам порта прерываний микро-ЭВМ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для регистрации информации, содержащее коммутатор аналоговых сигналов и устройство согласования и масштабирования, подключенные к входам многоканального АЦП, устройство управления на основе микроЭВМ, первый вход битового порта ввода-вывода которой соединен с выходом АЦП, коммутатор разовых команд и преобразователь частотных сигналов по форме и уровню, выходы которых подключены к второму входу битового порта и третьему входу микроЭВМ соответственно, приемопередатчик и статическое запоминающее устройство, соединенное двусторонней связью с устройством управления, причем первый, второй и третий выходы битового порта ввода-вывода микроЭВМ подключены к входам управления многоканального АЦП, четвертый и пятый выходы с входами управления коммутатора аналоговых сигналов и коммутатора разовых команд соответственно, а порт последовательного интерфейса микроЭВМ соединен двусторонней связью с приемопередатчиком, отличающееся тем, что устройство управления дополнительно снабжено шинами адреса, данных и управления, соединенными соответственно с параллельными портами адреса, данных и управления микроЭВМ, а также регистром и логической схемой ИЛИ, при этом старшие разряды шины адреса соединены с входом данных регистра, синхровход которого подключен к выходу схемы ИЛИ, один вход которой соединен с шиной управления, а второй вход с шестым выходом битового порта ввода-вывода микроЭВМ, порт данных статического запоминающего устройства соединен двусторонней связью с шиной данных устройства управления, младшие разряды порта адреса запоминающего устройства соединены с соответствующими разрядами шины адреса, а старшие разряды порта адреса, номера которых превышают номер старшего разряда шины адреса, подключены к выходам регистра, соединенным также с первыми входами порта управления запоминающего устройства и адресными входами коммутатора аналоговых сигналов, коммутатора разовых команд и многоканального АЦП, а вторые входы порта управления запоминающего устройства соединены с шиной управления устройства управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходы преобразователя частотных сигналов по форме и уровню подключены к входам порта прерываний микроЭВМ.