МНОГОРЕЖИМНАЯ СХЕМА ВВОДА-ВЫВОДА СИГНАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК G08C19/16 G06F13/38 H04M11/04 

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к схеме, используемой для обмена сигналами ввода-вывода между первым и вторым устройствами. Более конкретно, это изобретение относится к схеме, которая может быть конфигурирована для работы в одном из множества режимов с использованием одного канала в схеме. Еще более конкретно, настоящее изобретение относится к схеме ввода-вывода в измерительной электронике кориолисового массового расходомера, которая сводит к минимуму количество выводов, необходимых в измерительной электронике для поддержки разных вспомогательных устройств, работающих в разных режимах.

Известный уровень техники
Известно использование массовых расходомеров, основанных на эффекте Кориолиса, для измерения массового расхода потока и получения другой информации о материалах, текущих в трубопроводе, как описано в патенте США 4491025, выданном J. E. Smith и др. 1 января 1985 года, и 31450, выданном J.E. Smith 11 февраля 1982 года. Эти расходомеры имеют одну или более расходомерных труб изогнутой конфигурации. Каждая конфигурация расходомерных труб кориолисового массового расходомера имеет набор режимов собственных колебаний, которые могут быть простого изгибного, скручивающего, радиального или комбинированного типа. Каждую расходомерную трубу возбуждают так, чтобы она колебалась в резонанс с одним из этих режимов собственных колебаний. Режимы собственных колебаний устройств, заполняемых вибрирующим материалом, частично определяются комбинированной массой расходомерных труб и материала, находящегося внутри расходомерных труб. Материал поступает в расходомер из соединенного с ним трубопровода с входной стороны расходомера. Затем материал направляется по расходомерной трубе или расходомерным трубам и выходит из расходомера в трубопровод, соединенный с выходной стороной.

Привод прикладывает силу к расходомерной трубе. Сила вызывает колебание расходомерной трубы. Когда через расходомер не протекает материал, все точки вдоль расходомерной трубы колеблются с одинаковой фазой. Когда материал начинает протекать в расходомерной трубе, кориолисовы ускорения заставляют каждую точку вдоль расходомерной трубы колебаться с фазой, отличной от фазы колебаний других точек вдоль расходомерной трубы. Фаза на входной стороне расходомерной трубы запаздывает относительно привода, тогда как фаза на выходной стороне опережает привод. Датчики расположены в двух разных точках на расходомерной трубе для получения синусоидальных сигналов, соответствующих движению расходомерной трубы в двух точках. Разность фаз двух сигналов, принимаемых от датчиков, вычисляется в единицах времени.

Разность фаз сигналов двух датчиков пропорциональна удельному массовому расходу материала, текущего в расходомерной трубе или в расходомерных трубах. Удельный массовый расход материала определяется умножением разности фаз на калибровочный коэффициент потока. Этот калибровочный коэффициент потока определяется свойствами материала и характеристиками поперечного сечения расходомерной трубы.

Измерительная электроника, включающая процессор и соединенное с ним запоминающее устройство, принимает сигналы от датчиков и выполняет команды для определения удельного массового расхода и других характеристик материала, протекающего в трубе. Измерительная электроника может также использовать сигналы для осуществления текущего контроля характеристик компонентов кориолисового расходомера. Измерительная электроника может в таком случае передавать эту информацию вспомогательному обрабатывающему устройству. Измерительная электроника может также принимать сигналы от вспомогательного устройства для коррекции работы расходомера. В рамках настоящего описания вспомогательным обрабатывающим устройством является любая система, способная принимать сигналы от измерительной электроники и/или передавать сигналы измерительной электронике. Реальные функции и работа вспомогательных устройств не входят в объем этого изобретения.

Проблемой в области кориолисовых расходомеров, в частности, и в других областях, в целом, является то, что с измерительной электроникой могут соединяться разные типы вспомогательных обрабатывающих устройств. Каждый из разных типов вспомогательных обрабатывающих устройств может входить в связь с ней в одном или нескольких режимах. Некоторые примеры разных режимов включают, но не ограничиваются ими, режим передачи цифровых сигналов, режим передачи аналоговых сигналов с током 4-20 мА, активный режим передачи дискретных сигналов, пассивный режим передачи дискретных сигналов, активный режим передачи сигналов с частотным кодированием и пассивный режим передачи сигналов с частотным кодированием. Для каждого режима, поддерживаемого измерительной электроникой или другим электронным устройством другой области техники, электроника должна иметь по меньшей мере один вывод и, как правило, два вывода соединенных со схемой, необходимой для поддержки режима.

Проблемой является необходимость в отдельных схемах для каждого режима, поддерживаемого электроникой. Если электронные средства должны быть приспособленными для работы с сигналами в разных режимах для поддержки разных режимов, должны быть добавлены дополнительные схемы для каждого режима, поддерживаемого электроникой. Каждая дополнительная схема добавляет как стоимость материалов, так и стоимость монтажа электроники. Кроме того, если не добавлена конкретная схема для конкретного режима, этот режим не может поддерживаться измерительной электроникой. В области передачи сигналов ввода-вывода, в целом, и в области кориолисовых расходомеров, в частности, существует необходимость в системе, которая уменьшает объем схемы ввода-вывода с одновременной максимизацией количества режимов, поддерживаемых схемой.

Сущность изобретения
Решение указанных выше и других проблем и получение усовершенствования в данной области техники обеспечиваются созданием схемы ввода-вывода сигналов, которая способна работать во множестве режимов с использованием одного канала в схеме для передачи сигналов вспомогательному устройству и/или приема сигналов от вспомогательного устройства. Это позволяет каждой схеме ввода-вывода в устройстве работать в любом из множества режимов, что уменьшает количество схем, требуемых для обеспечения передачи сигналов ввода-вывода между первым и вторым устройством.

Схема ввода-вывода сигналов, способная работать во множестве режимов с использованием одного канала в схеме, работает следующим образом.

Источник энергии подключают к положительному выводу. Средство с переменным полным сопротивлением, такое как транзистор, подключают в схеме между положительным выводом и отрицательным выводом. Второе средство с переменным полным сопротивлением соединяет отрицательный вывод с постоянным резистором. Затем постоянный резистор соединяют с заземлением.

Первое средство с переменным полным сопротивлением может открываться или закрываться для замыкания цепи между положительным и отрицательным выводами в схеме ввода-вывода для регулирования напряжения между положительным и отрицательным выводами. Второе средство с переменным полным сопротивлением регулирует ток от источника питания к заземлению. Для конфигурирования схемы ввода-вывода сигналов для работы в определенном режиме управление двумя средствами с переменным полным сопротивлением осуществляется следующим образом.

Контроллер выполняет команды, которые определяют режим, в котором должны передаваться сигналы, и генерирует сигналы, которые конфигурируют схему.

Контроллер генерирует первый сигнал, который подается первому средству с переменным полным сопротивлением. Первый сигнал вызывает замыкание или размыкание цепи первым средством с переменным полным сопротивлением, что, в свою очередь, управляет током, протекающим через вспомогательное устройство от положительного вывода к отрицательному выводу. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, первый сигнал является цифровым сигналом, который открывает и закрывает полевой транзистор р-типа со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор).

Второй сигнал также генерируется контроллером. Второй сигнал подается второму переменному полному сопротивлению. Второй сигнал вызывает изменение вторым средством с переменным полным сопротивлением величины тока, протекающего через второе средство с переменным полным сопротивлением к заземлению. При протекании тока к заземлению резистор, соединенный со вторым средством с переменным полным сопротивлением, дает напряжение, которое подается в операционный усилитель и становится доступным для аналого-цифрового преобразователя. Операционный усилитель также принимает второй сигнал, который является аналоговым сигналом. Операционный усилитель генерирует управляющее напряжение, которое затем прилагается ко второму средству с переменным полным сопротивлением для управления током, протекающим от источника питания к резистору. Первый и второй сигналы изменяются контроллером для передачи или приема сигналов в необходимом режиме, как описано ниже.

Настоящее изобретение представляет собой интегрированную схему передачи сигналов ввода-вывода, способную работать в одном из множества режимов, имеющую цепь питания, которая принимает питание, вывод высокого напряжения, соединенный с нагрузкой, и вывод (254) низкого напряжения, соединенный с нагрузкой.

Первым аспектом настоящего изобретения является схема задания конфигурации в схеме передачи сигналов ввода-вывода, соединяющая цепь питания с выводом высокого напряжения и выводом низкого напряжения, для подачи тока в вывод высокого напряжения и в вывод низкого напряжения по одному каналу в схеме задания конфигурации, где схема задания конфигурации конфигурирует один канал для подачи тока в одном из множества режимов, зависимых от входного сигнала, принятого схемой задания конфигурации.

Второй аспект настоящего изобретения состоит в том, что схема задания конфигурации содержит схему управления протеканием тока для управления током, протекающим между цепью приема питания и заземлением, и схему управления напряжением для управления напряжением между выводом высокого напряжения и выводом низкого напряжения.

Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что схема управления протеканием тока включает первый резистор и первый транзистор, соединенный с выводом низкого напряжения и входом первого резистора.

Другой аспект настоящего изобретения состоит в том, что схема управления протеканием тока также включает измерительную линию, подключенную непосредственно у входа первого резистора, и операционный усилитель, который принимает аналоговый сигнал управления от процессора и напряжение по измерительной линии и генерирует управляющее напряжение, прилагаемое к затвору первого транзистора, которое управляет током в первом транзисторе.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что схема управлениям протеканием тока включает первый контрольный канал, соединенный с измерительной линией.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что схема управления напряжением включает второй транзистор, подключенный между выводом высокого напряжения и выводом низкого напряжения, который принимает цифровой входной сигнал и устанавливает путь в схеме между выводом высокого напряжения и выводом низкого напряжения.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что схема управления напряжением также включает первый резистор смещения, подключенный между цепью питания и затвором второго транзистора для смещения второго транзистора и положительной шины.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что схема управления напряжением также включает второй резистор смещения, который принимает входной сигнал от процессора и имеет выход, соединенный с затвором второго транзистора.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что второй транзистор является истоком для стока транзистора, и цепь питания включает предохранитель, подключенный между выходом второго транзистора и выводом низкого напряжения.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что цепь питания включает диод, который предотвращает протекание тока в источник питания с низким полным сопротивлением, соединенный с цепью питания, когда источник питания выключен.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает режим передачи выходного сигнала с током 4-20 мА.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает режим передачи входного сигнала с током 4-20 мА.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает активный режим передачи дискретного выходного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает пассивный режим передачи дискретного выходного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает активный режим передачи выходного частотного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает пассивный режим передачи выходного частотного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает цифровой режим.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает активный режим передачи входного дискретного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает пассивный режим передачи входного дискретного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает пассивный режим передачи входного частотного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что множество режимов включает активный режим передачи входного частотного сигнала.

Другой аспект этого изобретения состоит в том, что интегрированная схема передачи сигналов ввода-вывода включена в измерительные средства кориолисового массового расходомера.

Эти и другие преимущества настоящего изобретения будут очевидны при ознакомлении с чертежами и его подробным описанием.

Описание чертежей
На фиг.1 представлен кориолисовый расходомер, соответствующий известному уровню техники.

На фиг.2 представлена блок-схема измерительных электронных средств в кориолисовом расходомере.

На фиг.3 представлена схема ввода-вывода сигналов, соответствующая этому изобретению.

На фиг.4 представлена блок-схема способа конфигурирования схемы ввода-вывода сигналов для работы в выбранном режиме.

Подробное описание
Кориолисовый расходомер фиг.1.

На фиг. 1 показан кориолисовый расходомер 5, содержащий расходомерный узел 10 и измерительный электронный блок 20. Измерительный электронный блок 20 соединен с расходомерным узлом 10 соединительными проводами 100 для выдачи по каналу 26 информации о плотности, удельном массовом расходе, объемном расходе потока, суммарном массовом расходе и другой информации. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может использоваться в любом типе кориолисового расходомера независимо от количества приводов или количества датчиков.

Расходомерный узел 10 включает пару фланцев 101 и 101', коллектор 102 и расходомерные трубы 103А и 103В. С расходомерными трубами 103А и 103В соединены привод 104 и датчики 105 и 105'. Скрепляющие бруски 106 и 106' служат для образования осей W и W', вокруг которых колеблется каждая расходомерная труба 103А и 103В.

Когда расходомерный узел 10 вмонтирован в трубопровод (не показан), по которому транспортируется измеряемый материал, материл поступает в расходомерный узел 10 со стороны фланца 101, проходит через коллектор 102, который направляет материал в расходомерные трубы 103А и 103В, проходит по расходомерным трубам 103А и 103В и возвращается в коллектор 102, откуда он выходит из расходомерного узла 10 со стороны фланца 101'.

Расходомерные трубы 103А и 103В подобраны и смонтированы на коллекторе 102 таким образом, что они имеют по существу одинаковые распределения масс, моменты инерции и модули упругости относительно осей изгиба W-W и W'-W' соответственно. Расходомерные трубы проходят наружу от коллектора по существу параллельно друг другу.

Расходомерные трубы 103А-В приводятся приводом 104 в движение в противоположных направлениях вокруг их соответствующих осей W и W' изгиба и, как было определено ранее, наружу от линии сгиба расходомера. Привод 104 может содержать одно из многих известных устройств, таких как магнит, установленный на расходомерной трубе 103А, и расположенную против него катушку, установленную на расходомерной трубе 103В. Переменный ток проходит в расположенной напротив катушке, вызывая колебание обеих труб. Пригодный сигнал возбуждения подается от измерительного электронного блока 20 по соединительному проводу 110 в привод 104. Описание фиг.1 приведено только как пример работы кориолисового расходомера и не вносит ограничений в сущность настоящего изобретения.

Измерительный электронный блок 20 принимает левый и правый сигналы о скорости, поступающие по соединительным проводам 111 и 111' соответственно. Измерительный электронный блок 20 выдает возбуждающий сигнал в провод 110, который побуждает привод 104 возбуждать колебание труб 103А и 103В. Настоящее изобретение, как здесь описано, может обеспечивать получение множества возбуждающих сигналов от множества приводов. Измерительный электронный блок 20 обрабатывает левый и правый сигналы о скорости для вычисления удельного массового расхода потока и образует контрольную систему, соответствующую настоящему изобретению. Канал 26 образует средство ввода-вывода, которое позволяет измерительному электронному блоку 20 взаимодействовать с оператором.

Измерительный электронный блок 20 - фиг.2.

На фиг. 2 показана блок-схема компонентов типового варианта выполнения измерительного электронного блока 20, который осуществляет процессы, относящиеся к настоящему изобретению. Для квалифицированных специалистов в данной области техники следует отметить, что показанные компоненты измерительного электронного блока 20 даны только для примера. В связи с настоящим изобретением можно использовать другие типы процессоров и электронных средств. Процессор 201 считывает команды для выполнения различных функций расходомера, включая, но не ограничиваясь ими, вычисление массового расхода материала, вычисление объемного расхода материала и вычисление плотности материала, из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 220 по каналу 221. Данные, а также команды на выполнение различных функций хранятся в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 230. Процессор 201 осуществляет операции считывания и записи в оперативном запоминающем устройстве 230 через канал 231.

Каналы 111 и 111' передают левый и правый сигналы о скорости, поступающие от расходомерного узла 10, в измерительный электронный блок 20. Сигналы о скорости принимаются аналого-цифровым преобразователем 203 в измерительном электронном блоке 20. Аналого-цифровой преобразователь 203 преобразует левый и правый сигналы о скорости в цифровые сигналы, используемые процессором 201, и передает цифровые сигналы по каналу 213 в шину 210 ввода-вывода. Цифровые сигналы передаются по шине 210 ввода-вывода в процессор 201. Сигналы возбуждения передаются по шине 210 ввода-вывода в канал 212, который проводит сигналы в цифроаналоговый преобразователь 202. Аналоговые сигналы от цифроаналогового преобразователя 202 передаются приводу 104 по каналу 110.

Канал 26 проводит сигналы во вспомогательное обрабатывающее устройство 260, обеспечивая сообщение измерительного электронного блока 20 со вспомогательным обрабатывающим устройством 260. Канал 26 включает линии 261 и 262, которые соединены с выводом 253 с положительным потенциалом и с выводом 254 с отрицательным потенциалом схемы 250 ввода-вывода сигналов.

Схема 250 ввода-вывода сигналов обеспечивает ввод и вывод сигналов в измерительном электронном блоке 20. Квалифицированному специалисту в данной области техники будет понятно, что измерительный электронный блок 20 может иметь больше одной схемы 250 ввода-вывода сигналов. Однако для наглядности показана только одна схема 250 ввода-вывода сигналов. Кроме того, квалифицированному специалисту в данной области техники будет понятно, что функции и конфигурация схемы 250 ввода-вывода сигналов могут выполняться любой комбинацией цепей, которые могут обеспечивать функциональность схемы 250 ввода-вывода сигналов.

Схема 250 ввода-вывода сигналов принимает и передает сигналы в шину 210 ввода-вывода по каналу 214. Квалифицированному специалисту в области передачи электронных сигналов будет понятно, что схема 250 ввода-вывода сигналов может использоваться в других устройствах, требующих ввода-вывода сигналов, и не ограничивается использованием в электронном блоке 20 кориолисового расходомера. Канал 214 включает линию 240 подачи питания, первую линию 241 передачи данных и вторую линию 242 передачи данных. Специалисту в данной области техники будет понятно, что первая и вторая линии 241 и 242 передачи данных могут быть множеством линий в шине 214, передающих данные в схему 250 или многоканальные сигналы по тем же линиям. Линия 240 подачи питания соединена с выводом 253 с положительным потенциалом схемой 251 управления протеканием тока и схемой 252 управления напряжением схемы 250. Вывод 254 с отрицательным потенциалом соединен со схемой 251 управления протеканием тока и схемой 252 управления напряжением для возврата тока от вспомогательного обрабатывающего устройства 260 в схему 250.

Схема 251 управления протеканием тока - это схема, которая управляет током, проходящим через схему 250 ввода-вывода сигналов к заземлению. Входной сигнал 241 принимается схемой 251 управления протеканием тока, регулирующей значение тока, протекающего к заземлению. Схема 252 управления напряжением принимает второй входной сигнал 242 и регулирует напряжение, прилагаемое к вспомогательному обрабатывающему устройству 260, в зависимости от принятого сигнала.

Схема 250 ввода-вывода сигналов отличается от других схем ввода-вывода известного уровня техники тем, что схема 250 может конфигурироваться описанным ниже образом для обеспечения ввода-вывода сигналов в одном из множества режимов, поддерживаемых системой, причем ток протекает по схеме 250 по одному каналу. Это уменьшает количество каналов в схеме 250 ввода-вывода сигналов, что, в свою очередь, уменьшает количество компонентов, необходимых для выполнения схемы 250. Конфигурирование схемы 250 ввода-вывода сигналов осуществляется процессором 201, который выполняет команды для генерирования и передачи необходимых сигналов для конфигурирования схемы 250 для работы в необходимом режиме. Приведенное ниже описание типового варианта осуществления изобретения показывает, как может конфигурироваться сигнал ввода-вывода для работы в определенном режиме с использованием одного канала в схеме 250.

Схема 250 ввода-вывода сигналов - фиг.3.

На фиг. 3 показан предпочтительный типовой вариант выполнения схемы 250 ввода-вывода. Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможны другие конфигурации схемы, которые могут использоваться для получения таких же результатов. Схема 250 ввода-вывода сигналов получает питание по линии 300 от источника питания. В этом варианте источник питания является униполярным источником питания.

Линия 300 проходит через диод 301, который предотвращает протекание тока в источник питания, когда источник питания выключен. Диод 301 является обычным диодом, таким как диод IN4001, производимый корпорацией Motorola Corp. Далее линия 300 соединена с максимальным положительным потенциалом, выводом 253 с положительным потенциалом. Второй вывод является выводом с максимальным отрицательным потенциалом и назван выводом 254 с отрицательным потенциалом. Вывод 253 с положительным потенциалом и вывод 254 с отрицательным потенциалом подключены к вспомогательному обрабатывающему устройству 260, обеспечивая протекание тока из схемы 250 ввода-вывода сигналов через вспомогательное обрабатывающее устройство 260 и обратно в схему 250. Квалифицированному специалисту в данной области техники будет понятно, что ток может протекать также в противоположном направлении.

Первое средство 310 с переменным полным сопротивлением подключено между выводом 253 с положительным потенциалом и выводом 254 с отрицательным потенциалом в схеме 250 ввода-вывода. В этом типовом варианте первым средством с переменным полным сопротивлением является МОП-транзистор с каналом р-типа, таким как транзистор 4Р06, производимый корпорацией Motorola Corp.

Первое средство 310 с переменным полным сопротивлением соединено с линией 300 линией 309 и с тепловым предохранительным элементом 312 линией 311. Тепловой предохранительный элемент 312 защищает схему от перегрузки по току, как описано ниже. Тепловой предохранительный элемент 312 является автоматически восстанавливающимся предохранителем, таким как элемент #SMD050, производимый Raychem. Выход теплового предохранительного элемента 312 соединен с линией 343.

В этом варианте схема 252 управления напряжением представлена первым средством 310 с переменным полным сопротивлением. Цифровой сигнал подается процессором 201 по линии 330 для открывания и закрывания средства 310 с переменным полным сопротивлением. Резистор 305 подключен между линиями 300 и 330. Линия 330 проходит через резистор 325. Резисторы 305 и 325 являются обычными резисторами, такими как металлопленочные резисторы с сопротивлением 10 кОм. В рамках настоящего изобретения можно использовать много резисторов разного сопротивления.

Вывод 254 с отрицательным потенциалом также соединен с компаратором 340 линией 335. Компаратор 340 считывает уровень напряжения на выводе 254 относительно вывода 253. Линия 335 проходит через компаратор 340 и проводит сигналы в шину 210 ввода-вывода по линии 390 и передает в процессор 201.

Второе средство 345 с переменным полным сопротивлением соединено с линией 335, которая возвращается от вывода 254 с отрицательным потенциалом. В этом типовом варианте вторым средством 345 с переменным полным сопротивлением является МОП-транзистор с каналом n-типа. Резистор 350 соединен со вторым средством 345 с переменным полным сопротивлением линией 344 режима обогащения и с заземлением.

Измерительная линия 355 передает значение напряжения на концах резистора 350 в операционный усилитель 360. Измерительная линия 355 также передает значение напряжения на концах резистора 350 монитору (не показан). Монитор (не показан) является аналого-цифровым преобразователем, который преобразует значение напряжения, поступившее по линии 355, в цифровые сигналы, которые могут считываться процессором 201. Цифровые сигналы затем передаются в процессор 201 по шине 210 ввода-вывода.

Операционный усилитель 360 принимает аналоговый сигнал управления от процессора по линии 362 и значение напряжения на концах резистора 350 по линии 355. Операционный усилитель 360 сравнивает принятый сигнал с напряжением на концах резистора 350 и генерирует управляющее напряжение, которое подается на второе средство 345 с переменным полным сопротивлением по линии 361. Управляющее напряжение управляет величиной тока, который протекает через второе средство 345 с переменным полным сопротивлением к заземлению.

Второе средство 345 с переменным полным сопротивлением и связанные с ним цепи представляют собой схему 251 управления протеканием тока, показанную на фиг. 2. Аналоговый сигнал, поступающий в операционный усилитель 360, преобразуется в напряжение, которое может подаваться на второе средство 345 с переменным полным сопротивлением. Первое и второе средства 310 и 345 с переменным полным сопротивлением затем регулируются сигналами от процессора для работы в выбранном режиме.

Схема 250 ввода-вывода сигналов может конфигурироваться для работы в нижеследующих режимах посредством подачи нижеследующих сигналов в описанные выше схемы. Нижеследующие примеры не вносят ограничений в функциональные возможности схемы 250 ввода-вывода. Квалифицированный специалист в данной области техники может запрограммировать процессор 201 так, чтобы он работал в режимах, отличных от приведенных ниже типовых режимов.

Первый режим, для которого может конфигурироваться схема 250 ввода-вывода сигналов, это режим выходного аналогового сигнала с током 4-20 мА. Для обеспечения передачи выходного сигнала с током 4-20 мА процессор не подает сигнал первому средству 310 с переменным полным сопротивлением, в результате чего первое средство 310 с переменным полным сопротивлением остается открытым. Процессор 201 прилагает масштабное, линейно изменяющееся напряжение к операционному усилителю 360, который создает управляющее напряжение, которое прилагается ко второму средству с переменным полным сопротивлением, которое регулирует ток, протекающий от источника питания к заземлению. Сила сигнала регулируется для кодирования данных величиной тока, протекающего через вспомогательное обрабатывающее устройство 260. Это позволяет процессору 201 изменять ток, протекающий от вывода 253 с положительным потенциалом к выводу 254 с отрицательным потенциалом и через вспомогательное обрабатывающее устройство 260. Вспомогательное обрабатывающее устройство 260 может в этом случае считывать значение подаваемого тока для определения передаваемых данных.

Система ввода-вывода сигналов может также использоваться в режиме входного сигнала с током 4-20 мА. Для конфигурирования схемы 250 для работы в режиме входного сигнала с током 4-20 мА процессор 201 не подает сигнал первому средству 310 с переменным полным сопротивлением. Отсутствие сигнала оставляет первое средство с переменным полным сопротивлением открытым. Процессор 201 прилагает сигнал постоянного максимального напряжения к операционному усилителю 340, который генерирует постоянное управляющее напряжение и прилагает его ко второму средству 345 с переменным полным сопротивлением. Это позволяет ограничивать протекающий ток схемой 250, но контролировать его вспомогательным обрабатывающим устройством 260. Процессор 201 принимает ток по линии 335 от вывода 254 с отрицательным потенциалом, и принимаемый ток содержит данные от вспомогательного обрабатывающего устройства 260.

Дискретные данные - это механизм обозначения цифровой формы. Дискретное значение - это единица или ноль в цифровой форме и обозначается напряжением на выводах 253 и 254, прилагаемым к вспомогательному обрабатывающему устройству 260. Схема 250 ввода-вывода сигналов может использоваться для кодирования дискретных данных. Для обеспечения работы в активном режиме дискретного входного сигнала процессор 201 прилагает постоянное максимальное напряжение к операционному усилителю 360, который, в свою очередь, генерирует постоянное управляющее напряжение на концах второго средства 345 с переменным полным сопротивлением. Дискретное значение затем применяется путем наличия или отсутствия сигнала, подаваемого на первое средство 310 с переменным полным сопротивлением. Сигнал заставляет первое средство 310 с переменным полным сопротивлением открываться и закрываться, что меняет состояние напряжения между выводом 253 с положительным потенциалом и выводом 254 с отрицательным потенциалом, представляемое вспомогательному обрабатывающему устройству 260. Напряжение отображает передаваемые данные. Схема 250 ввода-вывода сигналов может также конфигурироваться для работы в активном режиме дискретного входного сигнала для приема данных путем приложения сигнала максимального напряжения к операционному усилителю 360 для генерирования постоянного управляющего напряжения, прилагаемого ко второму средству 345 с переменным полным сопротивлением. Данные затем обнаруживаются компаратором 340 в линии 335.

В пассивном режиме дискретного выходного сигнала процессор 201 прилагает нулевое напряжение к операционному усилителю 360, который генерирует управляющее напряжение, которое предотвращает протекание тока к заземлению. Данные кодируются посредством наличия или отсутствия сигнала, подаваемого на первое средство 310 с переменным полным сопротивлением для открывания или закрывания первого средства 310 с переменным полным сопротивлением. Схема 250 ввода-вывода сигналов может также конфигурироваться для работы в пассивном режиме дискретного входного сигнала для приема данных процессором 201, прилагающим сигнал нулевого напряжения к операционному усилителю 360, генерирующему постоянное управляющее напряжение для второго средства 345 с переменным постоянным сопротивлением. Данные затем определяются по току, принимаемому по линии 335 через операционный усилитель 340.

Схема 250 ввода-вывода сигналов может также конфигурироваться для работы в активном и пассивном режимах входных и выходных сигналов. В режиме с частотным кодированием данные имеют кодированное аналоговое значение. Процессор 201 конфигурирует схему 250 ввода-вывода для работы в активном режиме выходного сигнала с частотным кодированием. Процессор 201 прилагает максимальное напряжение ко второму средству 345 с переменным полным сопротивлением. Для кодирования данных для вспомогательного обрабатывающего устройства 260 процессор 201 подает частотный сигнал первому средству 310 с переменным полным сопротивлением, которое изменяет напряжение на вспомогательном обрабатывающем устройстве 260. Схема 250 ввода-вывода сигналов может также конфигурироваться для работы в активном режиме входного сигнала с частотным кодированием для приема данных посредством приложения сигнала максимального напряжения к операционному усилителю 360 для создания постоянного управляющего напряжения, прилагаемого ко второму средству 345 с переменным полным сопротивлением. Данные затем выявляются по току, принимаемому по линии 335 через компаратор 340.

Процессор 201 может также конфигурировать схему 250 ввода-вывода для работы в пассивном режиме выходного сигнала с частотным кодированием. Процессор 201 прилагает сигнал нулевого напряжения ко второму средству 345 с переменным полным сопротивлением. Для кодирования данных в величину тока, подаваемого во вспомогательное обрабатывающее устройство 260, процессор 201 прилагает частотный сигнал к первому средству 310 с переменным полным сопротивлением. Схема 250 ввода-вывода сигналов может также конфигурироваться для работы в пассивном режиме входного сигнала с частотным кодированием для приема данных посредством приложения сигнала нулевого напряжения к операционному усилителю 360 для генерирования постоянного управляющего напряжения для второго средства 345 с переменным полным сопротивлением. Данные затем выявляются по току, принимаемому по линии 335 через операционный усилитель 340.

Схема 250 ввода-вывода сигналов также может конфигурироваться для передачи и приема цифровых данных. Одним таким цифровым протоколом является протокол цифровой связи Bell 202. Для конфигурирования схемы ввода-вывода сигналов для работы в режиме цифрового сигнала процессор 201 не подает сигнал первому средству 310 с переменным полным сопротивлением для предотвращения замыкания первым средством 310 с переменным полным сопротивлением цепи между выводом 253 с положительным потенциалом и выводом 254 с отрицательным потенциалом. Масштабный, линейно изменяемый сигнал прилагается к операционному усилителю 360 с наложением на сигнал данных частотой 1200 Гц/2200 Гц. Переданные данные принимаются по линии 335 через компаратор 340.

Способ конфигурирования схемы ввода-вывода - фиг.4.

На фиг. 4 показаны рабочие операции, выполняемые процессором 201 в ходе конфигурирования схемы 250 ввода-вывода сигналов. Осуществление способа 400 начинается операцией 401 определения режима, который будет поддерживать схема 250 ввода-вывода сигналов. В ходе операции 402 в схему 250 ввода-вывода сигналов подаются сигналы, необходимые для конфигурирования схемы. В ходе операции 403 процессор 201 определяет, является ли режим, который будет поддерживаться, режимом ввода или режимом вывода. Если режим, который будет поддерживаться, является режимом ввода, процессор 201 считывает относящиеся к делу сигналы, поступающие из схемы 250 ввода-вывода сигналов, в ходе операции 420. Операция 420 повторяется, пока режим работы схемы 250 не будет изменен процессором 201.

Если режим передачи сигналов, который должен поддерживаться, является режимом ввода, выполняются операции 410-412. В ходе операции 410 процессор 201 принимает данные, которые должны быть выданы. Кодированные сигнальные данные генерируются в ходе операции 411 и подаются в схему 250 ввода-вывода сигналов в ходе операции 412. Операции 410-412 повторяются, пока схема 250 не будет конфигурирована для работы в другом режиме.

Выше приведено описание схемы ввода-вывода сигналов, имеющей один канал в схеме, которая может конфигурироваться для работы в одном из множества режимов. Предполагается, что специалист в данной области техники может и будет разрабатывать альтернативные схемы ввода-вывода сигналов, которые будут посягать на это изобретение, изложенное ниже в формуле изобретения, либо буквально, либо согласно теории эквивалентов.

Изобретение относится к схеме для обмена сигналами ввода-вывода между устройствами для работы в одном из множества режимов с использованием одного канала и может быть использовано в измерительной электронике кориолисового массового расходомера. Его использование позволяет получить технический результат в виде минимизации количества выводов, необходимых в измерительной электронике для поддержки различных вспомогательных устройств, работающих в разных режимах. Технический результат достигается за счет создания схемы ввода-вывода сигналов, которая способна работать во множестве режимов с использованием одного канала в схеме для передачи сигналов вспомогательному устройству и/или приема сигналов от вспомогательного устройства. Первая схема в схеме ввода-вывода сигналов регулирует ток, протекающий от источника питания к заземлению. Вторая схема регулирует напряжение между выводом с положительным потенциалом и выводом с отрицательным потенциалом, прилагаемое к вспомогательному обрабатывающему устройству. Процессор определяет надлежащий режим, в котором должна работать схема, и затем генерирует сигналы для настройки первой и второй схем для конфигурирования схемы. 2 с. и 21 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов, выполненная с возможностью работы в одном из множества режимов для двустороннего обмена информацией по каналу (26) со вспомогательным обрабатывающим устройством (260), имеющая цепь (300) приема питания, которая принимает питание и которая подает высокое напряжение к выводу (253) высокого напряжения, соединенному с нагрузкой, и подает низкое напряжение к выводу (254) низкого напряжения, соединенному с нагрузкой, причем упомянутая схема (250) ввода-вывода дополнительно содержит схемы (251-252) задания конфигурации, соединяющие цепь (300) приема питания с выводом (253) высокого напряжения и с выводом (254) низкого напряжения для подачи тока к выводу (253) высокого напряжения и к выводу (254) низкого напряжения по одному каналу посредством упомянутой схемы (252) задания конфигурации, в которой упомянутая схема задания конфигурации конфигурирует упомянутый один канал для подачи тока в одном из множества режимов в зависимости от входного сигнала, принимаемого схемой задания конфигурации, причем упомянутая схема задания конфигурации содержит схему (251) управления протеканием тока, протекающим между цепью (300) приема питания и заземлением, и схему (252) управления напряжением, соединенную с упомянутой схемой управления протеканием тока и с упомянутой цепью (300) приема питания для управления напряжением между выводом (253) высокого напряжения и выводом (254) низкого напряжения.2. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.1, в которой упомянутая схема управления протеканием тока содержит первый резистор (350) и первый транзистор (345), последовательно соединенные между упомянутым выводом (254) низкого напряжения и заземлением, причем упомянутый первый транзистор (345) соединен с упомянутым выводом низкого напряжения и входом упомянутого первого резистора (350).3. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.2, в которой схема управления протеканием тока дополнительно содержит измерительную линию (355), соединенную со входом упомянутого первого резистора (350), и операционный усилитель (360), который принимает аналоговый сигнал (362) управления и напряжение (354) от измерительной линии (355) и генерирует управляющее напряжение, прилагаемое к затвору упомянутого первого транзистора для управления протеканием тока в первом транзисторе (345).4. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.3, в которой схема управления протеканием тока дополнительно содержит первую контрольную линию (357), соединенную с измерительной линией (355).5. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.1, в которой схема (252) управления напряжением дополнительно содержит второй транзистор (310), подключенный между выводом (253) высокого напряжения и выводом (254) низкого напряжения, который принимает цифровой входной сигнал от процессора (201) и устанавливает путь (309) в схеме между выводом (253) высокого напряжения и выводом (254) низкого напряжения.6. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.5, в которой схема (252) управления напряжением дополнительно содержит первый резистор (305) смещения, подключенный между цепью (300) приема питания и регулирующим затвором упомянутого второго транзистора (310) для смещения упомянутого второго транзистора (310).7. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.6, в которой схема (252) управления напряжением дополнительно содержит второй резистор (325) смещения, который принимает входной сигнал от процессора и имеет выход, соединенный с упомянутым затвором упомянутого второго транзистора (310).8. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.5, в которой второй транзистор (310) является МОП-транзистором р-типа, а цепь приема питания дополнительно содержит предохранитель (312), последовательно подключенный между выходом вывода упомянутого второго транзистора (310) и упомянутым выводом (254) низкого напряжения.9. Интегрированная схема (250) ввода-вывода сигналов по п.1, в которой упомянутая цепь приема питания содержит диод (301), предотвращающий протекание тока в источник питания с низким полным сопротивлением, соединенный с упомянутой цепью (300) приема питания, когда источник питания выключен.10. Интегрированная схема (250) ввода-вывода по п.1, в которой упомянутая схема включена в измерительный электронный блок (20) кориолисового массового расходомера (5).11. Способ (400) конфигурирования интегрированной схемы (250) ввода-вывода сигналов по пп.5-8 для работы в одном из множества режимов, содержащий этапы, на которых подают второй входной сигнал ко второму транзистору (310), подключенному между выводом (253) высокого напряжения и выводом (254) низкого напряжения, для управления напряжением между упомянутым выводом (253) высокого напряжения и выводом (254) низкого напряжения, подают (402) первый входной сигнал на затвор первого транзистора (345), подключенного между выводом (254) низкого напряжения и резистором (350), соединенным с заземлением, в котором упомянутый второй транзистор (345) управляет током, протекающим от источника (300) питания к заземлению, и подают (412) питание в упомянутую схему в зависимости от приложения первого и второго входных сигналов.12. Способ по п.11, дополнительно содержащий этапы, на которых определяют (401), какой один из множества режимов должен обеспечиваться упомянутой интегрированной схемой (250) ввода-вывода, генерируют (411) процессором (201) первый входной сигнал в зависимости от определения одного из множества режимов, который должен обеспечиваться, генерируют (411) упомянутым процессором второй входной сигнал в зависимости от определения одного из упомянутого множества режимов, который должен обеспечиваться, передают (412) упомянутый первый входной сигнал упомянутому второму транзистору и упомянутый второй входной сигнал упомянутому первому транзистору.13. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя режим выходного сигнала с током 4-20 мА, содержащий этапы, на которых конфигурируют схему (250) ввода-вывода сигналов для обеспечения выходного аналогового сигнала с током 4-20 мА при помощи этапов, на которых подают процессором (201) сигнал ко второму транзистору (310), чтобы упомянутый первый транзистор (345) оставался открытым, подают упомянутым процессором (201) масштабное, линейно изменяющееся напряжение к операционному усилителю (360), который создает управляющее напряжение, прилагаемое к упомянутому первому транзистору для регулирования тока, протекающего от источника питания к заземлению, осуществляют регулирование силы сигнала для кодирования данных величиной тока, протекающего через вспомогательное обрабатывающее устройство (260), изменяют процессором (201) ток, протекающий от вывода (253) высокого напряжения к выводу (254) низкого напряжения и через вспомогательное обрабатывающее устройство (260), и считывают вспомогательным обрабатывающим устройством (260) значения подаваемого тока для определения передаваемых данных.14. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя режим входного сигнала с током 4-20 мА, содержащий этапы, на которых конфигурируют упомянутую схему ввода-вывода сигналов для использования в режиме входного сигнала с током 4-20 мА при помощи этапов, на которых процессор (201) не подает сигнал ко второму транзистору (310) для того, чтобы первый транзистор оставался открытым, процессор (201) подает постоянное максимальное напряжение к операционному усилителю (360) для генерирования и подачи постоянного управляющего напряжения на первый транзистор (345), ограничивают ток, управляемый вспомогательным обрабатывающим устройством (260), обеспечивают прием процессором (201) тока по линии (335) от вывода (254) низкого напряжения, причем принимаемый ток содержит данные от вспомогательного обрабатывающего устройства (260).15. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя активный режим дискретного выходного сигнала, содержащий этапы, на которых конфигурируют схему (250) ввода-вывода сигналов для кодирования дискретных данных при помощи этапов, на которых процессор (201) подает постоянное максимальное напряжение к операционному усилителю (360) для генерирования постоянного управляющего напряжения на первый транзистор (345), подают дискретное значение путем наличия или отсутствия сигнала ко второму транзистору (310), причем упомянутый сигнал заставляет второй транзистор (310) открываться и закрываться для того, чтобы изменить состояние напряжения между выводом (253) высокого напряжения и выводом (254) низкого напряжения, представляемое вспомогательному обрабатывающему устройству (260), причем упомянутое напряжение отображает передаваемые данные.16. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя активный режим дискретного входного сигнала, содержащий этапы конфигурирования схемы (250) ввода-вывода сигналов для работы в режиме входного сигнала для приема данных путем осуществления этапов, на которых осуществляют приложение сигнала максимального напряжения к операционному усилителю (360) для генерирования постоянного управляющего напряжения к первому транзистору (345), определение данных по напряжению по линии (335) через компаратор (340).17. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя пассивный режим дискретного выходного сигнала, содержащий этапы, на которых процессор (201) подает нулевое напряжение к операционному усилителю (360) для генерирования управляющего напряжения, которое предотвращает ток к заземлению, кодируют данные посредством наличия или отсутствия сигнала, подаваемого на второй транзистор (310) для открывания или закрывания второго транзистора (310).18. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя пассивный режим дискретного входного сигнала, содержащий этапы, на которых процессор (201) подает нулевое напряжение к операционному усилителю (360) для генерирования постоянного управляющего напряжения для первого транзистора (345), и определяют данные по току, принимаемому по линии (335) через операционный усилитель (340).19. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя режим выходного сигнала с частотным кодированием, содержащий этапы, на которых осуществляют конфигурирование процессором (201) схемы (250) ввода-вывода для работы в режиме активного частотного кодирования выходного сигнала при помощи этапов, на которых процессор (201) подает максимальное напряжение к первому транзистору (345), кодируют данные для вспомогательного обрабатывающего устройства (260) путем подачи процессором (201) частотного сигнала ко второму транзистору (310) для изменения напряжения на вспомогательном обрабатывающем устройстве (260).20. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя активный режим входного сигнала с частотным кодированием, содержащий этапы, на которых осуществляют работу схемы (250) ввода-вывода в активном режиме входного сигнала с частотным кодированием для приема данных с помощью этапов, на которых осуществляют подачу максимального напряжения к операционному усилителю (360) для создания постоянного управляющего напряжения для первого транзистора (345), выявляют данные по току, принимаемому по линии (335) через компаратор (340).21. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя пассивный режим выходного сигнала с частотным кодированием, содержащий этапы, на которых конфигурируют схему (250) ввода-вывода для работы в режиме пассивного частотного кодирования выходного сигнала при помощи этапов, на которых подают нулевое напряжение к первому транзистору (345), кодируют данные в величину тока, подаваемого во вспомогательное обрабатывающее устройство (260), подают процессором (201) частотный сигнал ко второму транзистору (310).22. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя пассивный режим входного сигнала с частотным кодированием, содержащий этапы, на которых конфигурируют схему (250) ввода-вывода для работы в пассивном режиме входного сигнала с частотным кодированием для приема данных с помощью этапов, на которых подают нулевое напряжение к операционному усилителю (360) для генерирования постоянного напряжения для первого транзистора (345) и выявляют данные по току, принимаемому по линии (335) через операционный усилитель (340).23. Способ по п.11, в котором упомянутое множество режимов включает в себя активный режим входного сигнала с частотным кодированием, содержащий этапы, на которых конфигурируют схему (250) ввода-вывода для передачи и приема цифровых данных при помощи этапов, на которых процессор (201) не подает сигнал ко второму транзистору (310) для предотвращения замыкания вторым транзистором (310) цепи между выводом (253) высокого напряжения и выводом (254) низкого напряжения, подают масштабный, линейно изменяемый сигнал к операционному усилителю (345) с наложением на сигнал данных частотой 1200 Гц/ 2200 Гц и принимают переданные данные по линии (335) через компаратор (340).