УСТРОЙСТВО ВВОДА-ВЫВОДА Российский патент 2014 года по МПК G06F3/00 G06F17/40 G06F11/30 

Данное изобретение относится к вычислительной технике и автоматике, может быть использовано в ответственной аппаратуре, имеющей повышенные требования к надежности и не имеющей доступа для ремонта, например для космических аппаратов.

Известен многоканальный адаптер аналогового ввода-вывода (полезная модель РФ 180023), который содержит цифроаналоговый преобразователь, контроллер внешней интерфейсной магистрали информационного обмена, первый усилитель, дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, m-1 цифроаналоговых преобразователей, микропроцессор, устройство управления аналого-цифровым преобразователем, устройство управления цифроаналоговыми преобразователями, второй усилитель, третий усилитель, четвертый усилитель, первый ключ включения тестового режима, второй ключ включения тестового режима, третий ключ включения тестового режима, четвертый ключ включения тестового режима, первый мультиплексор, второй мультиплексор, третий мультиплексор, четвертый мультиплексор, m ключей, формирователь опорного напряжения, блок синхронизации, внутреннюю параллельную интерфейсную магистраль информационного обмена, внутреннюю последовательную интерфейсную магистраль информационного обмена.

Устройство не обеспечивает ввод-вывод сигналов разовых команд (дискретных сигналов), ввод числоимпульсного кода, ввод-вывод последовательного кода, непрерывный независимый контроль данных любого выбранного функционального устройства подключенного к внутренней магистрали информационного обмена.

Известно устройство ввода-вывода (патент RU 2221267), характеризующееся тем, что оно содержит приемопередатчик магистрального канала информационного обмена, контроллер магистрального канала информационного обмена, микроЭВМ, дешифратор, первый триггер, второй триггер, буферный элемент, аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, многоканальный цифроаналоговый преобразователь, приемник разовых команд, формирователь разовых команд, внутреннюю магистраль информационного обмена, трехканальный таймер, мажоритарную схему, при этом вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода, контроллер магистрального канала информационного обмена соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена, интерфейсный вход-выход контроллера магистрального канала информационного обмена, интерфейсный вход-выход микроЭВМ, выход данных аналого-цифрового преобразователя, вход кода номера канала мультиплексора, выход данных приемника разовых команд, вход данных формирователя разовых команд соединены между собой при помощи внутренней магистрали информационного обмена, разряды адреса с нулевого по второй внутренней магистрали информационного обмена соединены с соответствующими входами дешифратора, нулевой разряд данных внутренней магистрали информационного обмена соединен с входом данных первого триггера, выход буферного элемента соединен с пятнадцатым разрядом данных внутренней магистрали информационного обмена, сигнал чтения внутренней магистрали информационного обмена соединен с первым разрешающим входом дешифратора, сигнал записи внутренней магистрали информационного обмена соединен с нулевым разрешающим выходом дешифратора, выход последовательного интерфейса микроЭВМ соединен с входом многоканального цифроаналогового преобразователя, выходы которого являются выходами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, первый выход дешифратора соединен с управляющим входом многоканального цифроаналогового преобразователя, второй выход дешифратора соединен с входом сигнала сброса трехканального таймера, третий выход дешифратора соединен с входом синхронизации первого триггера, выход первого триггера соединен с входом синхронизации первого триггера, выход первого триггера соединен с входом сигнала разрешения счета трехканального таймера, четвертый выход дешифратора соединен с управляющим входом формирователя разовых команд, пятый выход дешифратора соединен с управляющим входом приемника разовых команд, шестой выход дешифратора соединен управляющим входом мультиплексора, седьмой выход дешифратора соединен с входом сигнала запуска аналого-цифрового преобразователя, восьмой выход дешифратора соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, выход мультиплексора соединен с входом аналогового сигнала аналого-цифрового преобразователя, первый, второй, третий выходы трехканального таймера соединены соответственно с первым, вторым, третьим входами мажоритарной схемы, выход которой является выходом сигнала таймера устройства ввода-вывода, выход сигнала готовности аналого-цифрового преобразователя соединен с входом синхронизации второго триггера, входы мультиплексора являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода, седьмой выход дешифратора соединен с входом сброса второго триггера, вход данных которого подключен к источнику сигнала логической единицы, восьмой выход дешифратора соединен с разрешающим входом буферного элемента, выход второго триггера соединен с входом данных буферного элемента. Известное устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатками данного устройства является отсутствие возможности ввода числоимпульсного кода, ввода-вывода последовательного кода для сопряжения исполнительных устройств и датчиков, отсутствие непрерывного независимого контроля данных любого выбранного функционального устройства подключенного к внутренней магистрали информационного обмена в процессе штатной работы. Так, например, при записи данных в формирователь разовых команд нет подтверждения правильности записанной команды, что при наличии неисправности одного из разрядов шины данных может быть выполнена не желаемая (аварийная) команда. Кроме того, жесткая (аппаратная) привязка выбора функциональных устройств (модулей) при перестановке или при добавлении функциональных устройств влечет за собой доработку устройства управления.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства ввода-вывода, устраняющего недостатки прототипа.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства ввода-вывода. Необходимый технический результат достигается за счет введения приемника числоимпульсного кода, приемника последовательного кода, формирователя последовательного кода, а также введения блока контроля для выявления неисправностей абонентов подключенных к внутренней магистрали обмена, который осуществляет непрерывный независимый контроль данных одного из выбранных функциональных устройств подключенного к внутренней магистрали информационного обмена в процессе штатной работы.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство ввода-вывода, содержащее приемопередатчик магистрального канала информационного обмена, контроллер магистрального канала информационного обмена, аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд (дискретных сигналов), формирователь разовых команд, внутреннюю магистраль информационного обмена (состоящую из шины адреса, шины данных, сигнала чтения и сигнала записи), вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода, контроллер магистрального канала информационного обмена соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена, вход-выход данных контроллера магистрального канала информационного обмена, выход данных аналого-цифрового преобразователя, выход данных приемника разовых команд, вход данных формирователя разовых команд соединены между собой при помощи внутренней магистрали информационного обмена, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода, введены приемник последовательного кода, формирователь последовательного кода, приемник числоимпульсного кода, блок контроля (состоящий из регистра адреса, регистра данных, элементов «ИЛИ», «И», схемы сравнения, блока задания (выбора) адреса контролируемого устройства, формирователя телеметрии), выходы данных приемника последовательного кода, входы данных формирователя последовательного кода, выходы данных приемника числоимпульсного кода, входы данных регистра данных блока контроля объединены и подключены к шине данных внутренней магистрали информационного обмена, входы приемника последовательного кода являются входами последовательного кода устройства ввода-вывода, выходы формирователя последовательного кода являются выходами последовательного кода устройства ввода-вывода, входы приемника числоимпульсного кода являются входами числоимпульсного кода устройства ввода-вывода, входы аналого-цифрового преобразователя являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, выходы (шина) адреса контроллера магистрального канала информационного обмена объединены с адресными входами аналого-цифрового преобразователя, приемника разовых команд, формирователя разовых команд, приемника последовательного кода, формирователя последовательного кода, приемника числоимпульсного кода с входами данных регистра адреса и первыми входами схемы сравнения блока контроля, а выход «чтение» контроллера магистрального канала информационного обмена соединен с входом «чтение» аналого-цифрового преобразователя, приемника разовых команд, приемника последовательного кода, приемника числоимпульсного кода и вторым входом элемента «ИЛИ», первый вход которого соединен с входом «запись» формирователя разовых команд, с входом «запись» формирователя последовательного кода и выходом «запись» контроллера магистрального канала информационного обмена, выходы регистра адреса соединены с первыми входами формирователя телеметрии (ТМ), выходы регистра данных соединены со вторыми входами формирователя ТМ, входы разрешения записи в регистры адреса и данных соединены с выходом элемента «И», первый вход которого соединен с выходом разрешения схемы сравнения, а второй вход с выходом элемента «ИЛИ», вход блока задания адреса является входом задания адреса устройства ввода-вывода, выходы блока задания адреса соединены со вторыми входами схемы сравнения, выходы формирователя ТМ являются выходами телеметрического контроля устройства ввода-вывода.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), на котором обозначены:

1 - вход-выход магистрального канала информационного обмена;

2 - приемопередатчик магистрального канала информационного обмена (МКИО);

3 - контроллер МКИО;

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

5 - приемник разовых команд (дискретных сигналов);

6 - формирователь разовых команд;

7 - приемник последовательного кода;

8 - формирователь последовательного кода;

9 - приемник числоимпульсного кода;

10₁…10_N - входы аналогового сигнала;

11₁…11_к - входы приемника разовых команд;

12₁…12_I - выходы формирователя разовых команд;

13₁…13_J - входы приемника сигналов последовательного кода;

14₁…14_L - выходы передатчика сигналов последовательного кода;

15₁…15_M - входы приемника сигналов числоимпульсного кода;

16 - блок контроля;

17 - элемент «ИЛИ»;

18 - регистр адреса;

19 - регистр данных;

20 - блок задания адреса (задатчик адреса);

21 - элемент «И»;

22 - схема сравнения;

23 - формирователь телеметрии (ТМ);

24 - вход задания адреса устройства ввода-вывода;

25 - выход телеметрического контроля.

При этом вход-выход приемопередатчика 2 магистрального канала информационного обмена является входом-выходом 1 магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода, контроллер 3 магистрального канала информационного обмена соединен с приемопередатчиком 2 магистрального канала информационного обмена. Вход-выход данных (D) контроллера 3 магистрального канала информационного обмена, выход данных (D) аналого-цифрового преобразователя 4, выход данных (D) приемника 5 разовых команд, вход данных (D) формирователя 6 разовых команд, выход данных (D) приемника 7 последовательного кода, вход данных (D) формирователя 8 последовательного кода, выход данных (D) приемника 9 сигналов числоимпульсного кода, информационный вход (D) регистра данных 18 блока контроля 16 соединены между собой при помощи внутренней шины (магистрали информационного обмена) данных.

Выход адреса (А) контроллера 3 магистрального канала информационного обмена, вход адреса (А) аналого-цифрового преобразователя 4, вход адреса (А) приемника 5 разовых команд (дискретных сигналов), вход адреса (А) формирователя 6 разовых команд, вход адреса (А) приемника 7 последовательного кода, вход адреса (А) формирователя 8 последовательного кода, вход адреса (А) приемника 9 сигналов числоимпульсного кода, информационные входы регистра 19 адреса и первые входы схемы 22 сравнения блока контроля 16 соединены между собой при помощи внутренней шины (магистрали информационного обмена) адреса. Выход «запись» (WR) контроллера 3 магистрального канала информационного обмена, вход «запись» (WR) формирователя 6 разовых команд, вход «запись» (WR) формирователя 8 последовательного кода, первый вход элемента «ИЛИ» 17 блока контроля 16 соединены между собой.

Вход «чтение» (RD) аналого-цифрового преобразователя 4, вход «чтение» (RD) приемника 5 разовых команд, вход «чтение» (RD) приемника 7 последовательного кода, вход «чтение» (RD) приемника 9 сигналов числоимпульсного кода, второй вход элемента «ИЛИ» 17 блока контроля 16 соединены между собой.

Входы аналого-цифрового преобразователя 4 являются входами 10₁, …, 10_N с первого по N-й аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, входы приемника 5 разовых команд являются входами 11₁, …, 11_К с первого по К-й разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд 6 являются выходами 12₁, …, 12_I с первого по 1-й разовых команд устройства ввода-вывода, входы приемника последовательного кода 7 являются входами 13₁, …, 13_J с первого по J-й приема последовательного кода ввода-вывода, выходы формирователя последовательного кода 8 являются выходами 14₁, …, 14_L с первого по L-й формирователя последовательного кода устройства ввода-вывода, входы приемника числоимпульсного кода 9 являются входами 15₁, …, 15_М с первого по М-й приема числоимпульсного кода устройства ввода-вывода.

Обмен данными устройства ввода-вывода и вычислительной системы, использующей данное устройство, осуществляется по магистральному каналу информационного обмена в соответствии с ГОСТ Р52070-2003 (MIL-STD-1553В). При этом устройство ввода-вывода работает в режиме оконечного устройства.

Предлагаемое устройство ввода-вывода работает следующим образом.

По магистральному каналу информационного обмена на вход-выход 1 магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода поступает информация (адрес и данные на прием или адрес и данные на запись), которая через приемопередатчик 2 магистрального канала информационного обмена поступают в контроллер 3 магистрального канала информационного обмена, последний преобразует ее из последовательного в параллельный код и (выставляет) передает по внутренней магистрали информационного обмена адрес необходимого устройства, сигналы чтения (RD) или записи (WR), данные на запись либо ожидает данные на считывание.

Ввод аналоговых сигналов производится следующим образом. Устройство управления АЦП аналого-цифрового преобразователя 4 производит непрерывный последовательный периодический цикл измерений напряжений с входов 10₁, …, 10_N, преобразование напряжения в двоичный код и записи его в буферные регистры. При поступлении кода адреса аналого-цифрового преобразователя 4, дешифратор устройства управления блокирует обновление данных в буферные регистры и разрешает выдачу информации из буферных регистров, которая по сигналу «чтение» (RD) поступает по внутренней магистрали информационного обмена в контроллер 3 магистрального канала информационного обмена и при помощи приемопередатчика 2 мультиплексного канала информационного обмена через вход-выход 1 магистрального канала информационного обмена выдаются в магистральный канал информационного обмена.

Ввод разовых команд (дискретных сигналов) производится следующим образом. Разовые команды поступают через входы 11₁, …, 11_K на адаптеры приемника 5 разовых команд. При поступлении кода адреса приемника 5 разовых команд на линиях адреса внутренней магистрали информационного обмена адреса, соответствующего приемнику 5 разовых команд, устройство управления ввода разовых команд записывает команды в буферные регистры, с которых по сигналу RD на входе «чтение» приемника 5 разовых команд принятые данные поступают по внутренней магистрали информационного обмена в контроллер 3 магистрального канала информационного обмена и при помощи приемопередатчика 2 через вход-выход 1 магистрального канала информационного обмена выдаются в магистральный канал информационного обмена.

Вывод разовых команд (дискретных сигналов) производится следующим образом.

При получении информации на входе 1 (адрес и данные в соответствии с полученными командами) контроллер 3 магистрального канала информационного обмена выставляет на внутреннюю магистраль информационного обмена данные для формирователя 6 разовых команд и адрес, соответствующий формирователю 6 разовых команд. Устройство управления формирователя 6 разовых команд при получении соответствующего адреса, по сигналу записи (WR) внутренней магистрали информация, выставленная на шине данных, записывается в буферный регистр и далее устройство управления в соответствии с принятой информацией формирует разовые команды необходимой длительности на соответствующие выходы 12₁, …, 12_I устройства ввода-вывода.

Ввод сигналов последовательного кода производится следующим образом.

Сигналы последовательного кода поступают через входы 13₁, …, 13_J в контроллер приемника последовательного кода 7 и преобразовываются в нем в параллельный код, который записывается в буферные регистры. При поступлении кода адреса приемника последовательного кода 7, дешифратор устройства управления блокирует обновление данных в буферных регистрах контроллера и разрешает выдачу информации из буферных регистров контроллера, которая по сигналу «чтение» (RD) поступает по внутренней магистрали информационного обмена в контроллер 3 магистрального канала информационного обмена и при помощи приемопередатчика 2 мультиплексного канала информационного обмена через вход-выход 1 магистрального канала информационного обмена выдаются в магистральный канал информационного обмена.

Вывод сигналов последовательного кода производится следующим образом.

При получении информации на входе 1 (адрес и данные для выдачи информации по последовательному коду) контроллер 3 магистрального канала информационного обмена выставляет на внутреннюю магистраль информационного обмена данные для формирования последовательного кода и адрес, соответствующий формирователю 11 последовательного кода. В контроллере (устройстве управления) формирователя 8 последовательного кода при совпадении адреса с заданным, по сигналу записи (WR) внутренней магистрали информация, выставленная на шине данных, записывается в буферные регистры и далее контроллер (устройство управления) в соответствии с принятой информацией формирует последовательные коды необходимой длительности и амплитуды и выдает их на соответствующие выходы устройства 14₁, …, 14_L.

Ввод сигналов числоимпульсного кода производится следующим образом.

Устройство управления приемника 9 сигналов числоимпульсного кода производит непрерывный периодический прием с входов 15₁, …,15_М и подсчет импульсов числоимпульсного кода и записывает показания счетчиков в буферные регистры для каждого входа. При поступлении кода адреса приемника 9 сигналов числоимпульсного кода, дешифратор устройства управления разрешает выдачу информации из буферных регистров, которая по сигналу «чтение» (RD) поступает по внутренней магистрали данных в контроллер 3 магистрального канала информационного обмена и при помощи приемопередатчика 2 мультиплексного канала информационного обмена через вход-выход 1 магистрального канала информационного обмена выдается в магистральный канал информационного обмена. На время цикла чтения информации из буферных регистров (по магистральному каналу информационного обмена) обновление данных в буферные регистры блокируется, запись в буферные регистры выполняется после завершения обмена.

Для контроля данных блоком контроля 16 на внутренней магистрали данных в блоке задания адреса 20 задается адрес контролируемого модуля (выбирается интересующее устройство), выбор осуществляется, например, подачей соответствующего количества раз радиокоманды (РК) на вход 24 блока задания адреса 20. При совпадении заданного на контроль адреса, поступающего на второй вход схемы сравнения 22 и адреса на внутренней магистрали (при обмене по магистральному каналу информационного обмена), поступающего на первый вход схемы сравнения 22, схема сравнения 22 формирует на своем выходе сигнал логической «1», который поступает на первый вход элемента «И» 21 и при поступлении сигналов RD или WR с внутренней магистрали на входы элемента «ИЛИ» 17, с выхода последнего сигнал логической «1» поступает на второй вход элемента «И» 21, в результате на выходе элемента «И» 21 появляется сигнал, записывающий в регистр данных 18 и в регистр адреса 19 адрес и данные внутренней магистрали. Формирователь телеметрии 23 из полученной информации с выходов регистра адреса 19 и регистра данных 18 выдает ТМ слово, состоящее из кода контролируемого адреса и кода данных, на выход 25 телеметрического контроля устройства ввода-вывода. При неизменном адресе на внутренней магистрали адреса и последующей выдаче RD или WR с внутренней магистрали информация в регистре данных 18 измениться на текущую, а в регистре адреса 19 останется прежней. Для смены контролируемого модуля блок задания адреса 20 обнуляется и процесс контроля, описанный выше, повторяется. Таким образом, осуществляется контроль данных, который позволяет повысить надежность работы устройства ввода-вывода за счет повышения достоверности регистрируемой информации.

Изготовленный образец предлагаемого решения прошел наземную отработку с положительными результатами и может быть использован в системах сбора и обработки информации, а также в системах управления для сопряжения различных вычислительных систем с исполнительными устройствами и датчиками, что характеризует предлагаемое изобретение как промышленно применимое.

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике, а именно к области обработки аналоговых и дискретных сигналов, и может быть использовано для сопряжения различных вычислительных систем с исполнительными устройствами и датчиками. Техническими результатами являются обеспечение ввода-вывода сигналов последовательного кода, приема числоимпульсного кода с контролем адреса и данных, передаваемых по внутренней магистрали информационного обмена, а также повышение надежности работы устройства ввода-вывода. Устройство ввода-вывода содержит приемопередатчик магистрального канала информационного обмена, контроллер магистрального канала информационного обмена, аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд (дискретных сигналов), формирователь разовых команд, приемник сигналов последовательного кода, формирователь сигналов последовательного кода, приемник числоимпульсного кода, блок контроля, состоящий из регистра адреса, регистра данных, элементов «И», «ИЛИ», схемы сравнения, блока выбора адреса, формирователя телеметрии, внутреннюю магистраль информационного обмена, объединенные соответствующими связями. 1 ил.

Устройство ввода-вывода, содержащее приемопередатчик магистрального канала информационного обмена, контроллер магистрального канала информационного обмена, аналого-цифровой преобразователь, приемник разовых команд (дискретных сигналов), формирователь разовых команд, внутреннюю магистраль информационного обмена (состоящую из шины адреса, шины данных, сигнала чтения и сигнала записи), вход-выход приемопередатчика магистрального канала информационного обмена является входом-выходом магистрального канала информационного обмена устройства ввода-вывода, контроллер магистрального канала информационного обмена соединен с приемопередатчиком магистрального канала информационного обмена, вход-выход данных контроллера магистрального канала информационного обмена, выход данных аналого-цифрового преобразователя, выход данных приемника разовых команд, вход данных формирователя разовых команд соединены между собой при помощи внутренней магистрали информационного обмена, входы приемника разовых команд являются входами разовых команд устройства ввода-вывода, выходы формирователя разовых команд являются выходами разовых команд устройства ввода-вывода, отличающееся тем, что введены приемник сигналов последовательного кода, формирователь сигналов последовательного кода, приемник числоимпульсного кода, блок контроля, состоящий из регистра адреса, регистра данных, элементов «И», «ИЛИ», схемы сравнения, блока выбора адреса (задатчик), формирователя телеметрии, выходы данных приемника последовательного кода, выходы данных приемника числоимпульсного кода, входы данных формирователя последовательного кода, информационные входы регистра данных блока контроля объединены и подключены к шине данных внутренней магистрали информационного обмена, входы приемника последовательного кода являются входами последовательного кода устройства ввода-вывода, выходы формирователя последовательного кода являются выходами последовательного кода устройства ввода-вывода, входы приемника числоимпульсного кода являются входами числоимпульсного кода устройства ввода-вывода, входы аналого-цифрового преобразователя являются входами аналоговых сигналов устройства ввода-вывода, выходы (шина) адреса контроллера магистрального канала информационного обмена объединены с адресными входами аналого-цифрового преобразователя, приемника разовых команд, формирователя разовых команд, приемника последовательного кода, формирователя последовательного кода, приемника числоимпульсного кода, с информационными входами регистра адреса блока контроля и первыми входами схемы сравнения, а выход «чтение» (контроллера магистрального канала информационного обмена) соединен с входом «чтение» аналого-цифрового преобразователя, приемника разовых команд, приемника последовательного кода, приемника числоимпульсного кода и первым входом элемента «ИЛИ» блока контроля, второй вход которого соединен с входом «запись» формирователя последовательного кода, с входом «запись» формирователя разовых команд и выходом «запись» контроллера магистрального канала информационного обмена, выходы регистра адреса блока контроля соединены с первыми входами формирователя телеметрии (ТМ), выходы регистра данных соединены со вторыми входами формирователя ТМ, входы разрешения записи регистров данных и адреса соединены с выходом элемента «И», первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а второй вход с выходом элемента «ИЛИ», вход блока выбора адреса является входом задания адреса устройства ввода-вывода, выход блока выбора адреса соединен со вторыми входами схемы сравнения, выходы формирователя ТМ являются выходами телеметрического контроля устройства ввода-вывода.