Устройство для сопряжения электронной вычислительной машины с датчиками Советский патент 1983 года по МПК G06F3/04 

эпемёнта И и первым входом депитепя частоты, второй вход которого соединен с первым входом третьего регистра и с выходом пятого формирователя импупьсоБ, ВХОД которого соединен с выходом элемента И - НЕ и с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен d генератором импупьсов, выхоа первого элемента И является третьим выходом устройства.

2, Устройство по п. 1, о т п и ч а ю щ е е с я тем, что распределитель импупьсов содержит сумматоры первой и второй групп, нул)ь-органы первой и второй групп и элементы И, выходы которых являются выходами шестой группы распределителя,, импульсов первые входы элементов И являются входами первой грутшы распределителя импульсов, вторые входы элементов И соединены с выходами нуль-органов второй группы, входы которых соединены с выходами сумматоров второй группы, первые вхоаы которых и первые входы сумматоров 1юрвой группы являются первым входом и выходами пятой группы распределителя, импульсов, вторые входы сумматоров первой и второй групп являются входами третьей группы распределителя импупьсов и входами второй группы устройства, третьи входы элементов И являются входами второй группы распределителя . импупьсов, выходы нуль-органов второй группы являются выходами третьей и четвертой групп и первым и вторым выходами распределителя импульсов, входы нуль-органов второй группы соединены с выходами сумматоров второй группы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОПРЯ- ЖЕния ЭЛЕКТРОННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ с ДАТЧИКАМИ, содержащее блок анапрговых преобразователей, cyivmtaTop, распредепитепь импупысов, первый, второй и третий регистры, первый и второй формироватепи импупьсов, депйтепь частоты, генератор импульсов, счетчик, ключи, шифратор и элемент ИЛИ, одни входы которого соединены с выходом первой группы распредепителя импульсов и входами первой группы трет1гего регистра, а другие входы соединены с выходами второй группы распределителя импульсов и входами второй группы, третьего регистра, ходы которого соедине{вн с ключами, входы грушгы блока аналогчжых преобразователей являются входами первой грушвы устройства, а первый вход соединен с выходом делителя частоты, выход блока аналоговых дреобргазователей соединен с одними входам сумматора, другие входы которого ср&динены с выходами ключей, вторые входы которых являются входами второй групщ устройства, выход сумматора соединен с первым вводом распредепителя импульсов. третьи и четвертые выходы групп которого соединены с соответствующими входами Второго регистра, выходы которого соеди юны с входами Шифратора, выход которого является первым входом устройства, выходы пятой группы распредепитепя 1О4пупьсов соединены с входом первотч) формнрсжателя импульсов, выход которого соединен .с одним входом .первого регист-. ра, другие входы которого соединены с выходами счетчика, а: влтход явдяется вторым выходом устройства, выход элемента ИЛИ соединен с входом второго формирователя импульсов, о т п и ч а ю щ е в о я тем, что, с целью повышеция надежности и быстродействия устройства, в него введены третий, четвертый I н пятый формироватепи импульсов, первый и второй элементы И, триггер, элемент . ИЛИ-НЁ и эпемект И-НЕ, входы которого соедине ны с выходами втррО1Х per гИстра, с первым входом второго регистра и Bbiходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера, первый вход которого соеди1 Э нён с выходом элемента ИЛИ-НЕ, входы которого соединены с соответствукь00 щими входами третьего регистра и выходами пятой группы распределителя имСд пулыэЬв, выходы шестой группы которого соединены с соответствующими входами второго регистра, выходы которого совгдинен с входами первой группы распредеmitens импульсов, входы второй группы которого соединены с выходом третьего и входом четвертого формирователей импульсов, входы которых схэединены с выходом второго формирователя импульсов н В вторыми входами первого элемента И и триггера соответственно, первый вход счетчика соединен с выходом второго

1

Изобретение относится к автоматике и вбиислительной технике, предназначено для сбора и первичной обработки информации от технологических датчиков и ввода ее в ЭВМ и может применяться в АСУ с территориально разнесенными объектами и ограниченным числом линий связи.

Известно устройство для сбора и регистрации информации от датчиков, содержашее широтно-импульсные модуляторы, соединенные с усилителями, выходы которых объединены общей пинией связи, генератор счетных импульсов, распределитель импульсов, выходами соединенный с регистром, нагрузкой которого являются ключи, и в котором используется широтно-импульсная модуляция сигналов датчиков, при этом начала модуляционных интервалов для всех датчиков совпадают, импульсы суммируются с определенным коэффициентом передачи по каждому каналу и полученный ступенчатый групповой сигнал, в котором длительность ступеньки несет информацию датчика, амппиту да - номер датчика, расшифровывается в приемной -части устройства l .

В данном устройстве для дешифрации группового сигнала в приемной части производится его дифференцирование, в вследствие чего устройство чувствительно к различным помехам, особенно к импульсным, что снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство дпя сопряжения ЭВМ с датчиками, содержащее генератор импульсов, соединенный со счетчиком и делителем частоты, выход которого соединен с входами первой группы блока аналоговых преобразователей, первый регистр, вход которого подключен к выходам счетчика и выход которого является первым выходом устройства, сумматор, вход которого соединен линией связи с выходом блока аналоговых преобразователей, а другие входы сумматора соединены с выходами ключей, первые входы которых являются первыми входами устройства, а вторые входы соединены с выходами третьего регистра, входы которого, а также входы второго регистра и элемента ИЛИ соединены с выходами распределителя импульсов, вход которого подключен к выходу сумматора, к входу первого формирователя импупь,сов, выход которого связан с вторым входом первого регистра, шифратор, входы которого соединены с выходами второго регистра, а выходы которого являются вторыми выходами устройства, эпемент ИЛИ, выход которого соединен с входом второго формирователя импуп1гсов, выход которого соединен с вторым уходом второго регистра и явпяегся TpeTbmvi выходом- устройства. Бпок анапоговых преобразователей устройства содержит широтно-импупьсные модупяторы, первые входы которых являются первой грутшой входов блока, вторые входы являются второй грутшой входов устройства, усипитепи, выходы которых объединены и являются выходом блока анапоговых преобразователей, инверторы и элементы И, выходы которых соединены с входами усилителей, выходы широтно-импупьсных модуляторов через инверторы соединены с входами элементов И, вторые входы котор 1х соединены с первыми входами широтно импульсных модуляторов 2. Данное устройство позвопйет осутцест впять параллельный сбор и передачу информации от территориально разнесенных датчиков и ввод ее непосредственно в ЭВМ, используя при этом минимальное число тганий связи. Устройство обладает высокой зашитой от помех, возникающих в линии связи, соединяющей выходы от дельных каналов датчиков с входом приемной части устройства: оно реагирует только на зтрого определенные величины перепадов потенциалов и помехи с ампдитудамй, даже значительно превышающими кодированные значения величин перепадов, не приводят к сбою в работе или потери информации устройством. Однако импульсные помехи, амплит и которых совпадают с кодированными зна чениями, величин ступенек группового сигнала, а плоские части соизмеримы с временем реакции распределителя импуш сов устройства, вносят сбой в работу устройства. Кроме того, длительность одного uvKna опроса датчиков превышает нескол ко макстлапьную длительность импулоЕ сов ШИМ - модуляторов и если в данны момент в датчиках не содержится макс мальное значение сигнала, тогда часть цикла опроса после выборки максимальной в Данный опрос информации датчиков проходит вхолостую, что снижает воэможную среднюю производительность устройства в данных условиях. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для сопряжения ЭВМ с датчиками, содержащее блок аналоговых преобразователей, сумматор, распределитель импульсов, первый, второй и третий регистры, первый и второй формировате- 10 34 ли импульсов, делитель частоты генвратор импульсов, счетчик, ключи, шифратор и элемент ИЛИ, одни входы которого соединены с выходом первой группы раопреденителя импульсов и входами первой. группы третьего регистра, а другие входы соединены с выходами второй группы распределителя импульсов и входами второй группы третьего регистуа, выходы ко торого соединены с ключами, входы группы блока аналоговых преобразователей являются входами первой группы устройства, а первый вход соединен с выходом делителя частоты, блока «т аналс(говых преобразователей соединен с одними входами суглматора, другие входы которого соединены с выходами ключей, вторые входы которых являются входами второй группы устройства, выход сумматора .соединен с первым входом распределителя импульсов, третьк и четвертые выходы групп которого соединены с соответствующими входами второго регистра, выходы которого соединены с входами шифратора, выход которого является г первым выходом устройства, выходы пя той группы распределителя импульсов соединены с входом первого формирователя импульсов, выход которого ооедннен с одним входом первого регистра, другие входы которого соединены с выходами счетчика, а выход является вторим выходом устройства, выход элеьлента ИЛИ соединен с входом второго фор«{ироватвля импульсов, введены третий, четвертый И пятый формвроватепн вмпупьсов, первый. и второй элементы И, триггер, элемент ИЛИ-НЕ и элемент Й-НЕ, входы которого соединень с выходами второго регистра, с первым входом второго регистра в выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом триггера, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, входал которого ооединены с соответствующюли входб1МН третьего регистра и выходами пятой группы распределителя импульсов, выходы шестой группы которого соединены с соответствующими второго pie гистра, выходы которого соединены с входами первой группы распредепитепк импульсов, входы вторсЛ группы которого соединены с выходом третьего и входом четвертого формирователей импульсов, входы которых соединены с выходом второго формирователя импульсов и вторыми входами первого элемента И и триггера соответственно, первый вход счетчика соединен с выходом второго

эпемснта И и первым входом депитещ частоты, второй вкод которого соединен с первым входом третьего регистра и с вгяходом пятого фо)змировате1та импупьгсов, вход которого соединен с выходом пятого формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом элемента и с первым входом второго эпбмента И, второй вход которого соединен с генератором импупьсов, выход первого эпемента И является третьим выходом устройства,

Распредепитепь импупьсов содержит сумматоры первой и второй групп, нупьорганы первой и второй rpyrai и эпементы И, выходы которых являются, выхо« дами шестой группы распредепитепя импупьсоБ, первые входы эпёментов И яв 71ЯЮТСЯ входами первой грушгы распредепитапя импупьсов, первые входы эпеме тов И являются входамИ первой группы распределитепя импупьсов, вторые входы элементов И соединены с выходами нупьгорганов второй группы, входы которых соединены с выходами сумматоров второй группы,первые входы которых и первые входы сумматоров первой группы я 1яются первым Входом и выходами пятой группы распреде лигепя импупьсов, вторые входы- сумматоров первой и второй групп являются входами третьей группы распредепитепя им- пульсов и входами второй группы устройства, третьи входы элементов И являются входами второй группы, распредепитепя 5мпупьсов, выходы нуль-органов второй группы являются выходами третьей и четвертой грухш и и вторым вьтходами распредепитепя импупьсов, входы нуль-органов второй грутшы соединены с выходами сумматоров второй группы.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для сопряжения ЭВМ с .датчиками.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, депитепь 2 частоты, счетчик 3, первый регистр 4, бпок 5 ашпоговых лреобразователей,. широтво-импульсные модуляторы 6 - 6п, инверторы 7 - 7п, эпементы И 8 - 8п, усипитепи 9 - , cjTvfKiaTop 10, кпючи 11, - 11(, первый формирователь 12 импульсов, сумматоры первой 13( - и : второй 14 - 14 групп, распределитель 15 импульсов, l6j( - 16п и 17 второй 18 и третий 19 регистры, элемент ИЛИ 20, эпемент ИЛИ - НЕ 21, элементы И 22 - 22,, шифратор 23,) второй формирователь 24 импупьсов, третий формирователь 25 импульсов, четвертый формирователь 26, первый элемеет И 27, триггер 28, элемент И-НЕ 29,) пятый формирователь 30 импульсов, второй элемент И 31.

Устройство работает следующим обра. зом.

Импульсы счетной частоты поступают через элемент И 31 на вход делителя 2 частоты и счет{а 1й вход счетчика 3. Делитель 2 формирует импульс возбуждения максимальной длительностью нескол1 ко большей максимальной длительности импульсов ШИМ-модупяторов б|( - 6,, который по линии связи поступает на первые входы ШИМ-модуляторов и возбуждает их. ШИМ-мо дуля торы формируют импульсы, передними фронтами совпадающие с передним фронтом импульса возбуждени и длительностями, пропорциональными велишнам сигналов от датчиков, поступающих йа BTOjfbie входы ШИМ-модуляторов. По окончании импульсов ШИМ-модуляторов на выходах элементов И 8 формируются импульсы, передними фронтами совпадающие с задними фронтами ШИМ-модулятороз, которым соответствующими усилителями 9 - 9 придаются амплитуды U U), являющиеся призна. ком адресов датчиков. В общей информационной шине формируется ступенчатый групповой сигнал, в котором величина каждой ступени характеризует адрес датч пса, а длительность является дополнением длительности импульса соответствующего ШИМ-модулятора к длительнооти импульса возбуждения. Данный сигнал поступает на вход сумматора 10, на других входах которого в данный момент йупевые потенпиалы, и по фронту положительного перепада первой ступеньки на выходе сумматора 10, являющимся признаком окончания импульса ШИМ-модулято ра К-го датчика с наименьшей величиной сигнала, срабатывает формирователь 12 импульсов, по переднему фронту импульса которого производится запись кода из счетчика 3 в регистр 4, причем данный код является информацией К-го датчика в цифровой форме. Групповой сигнал поступает также на первые входы сумматоров 13 - 13у и 14 - 14р распределителя 15 импульсов. На вторых входах сумматоров 13 - 13)7 подключены напряжения (- и) - (- Uf,), соответственно равные кодированным величинам ступенек соответствующих датчиков, но обрат юй полярности На вторые входы сумматоров 14, - 14( поступают напряжешш Ui| , одной попярности с амплитудами ступенек. На выходе всех сумматоров образуются суммы входных потенивапов и только на выходе одного су матора 13), на втором входе которого напряжение, равное но величине с амплитудой первой ступеньки Цц, устанавн ливается нулевой потенциал. При этом срабаталвает соответствующий нуль-орган 16j, передний фронт имдупьса которого устанавпивает соответствующие К-е разряды регистров 18 и 19 в единваы. Нагрузкой разрядов регистра 19 являются управляющие входы ключей 11 - П на 1Ю{жых входах которых напряжения (- 11) (- Un). Установка К-го разряда регистра 19 в единицу ведет к замыканию ключа 11 .коммутирующего на вход суь«матора 10 напряжение (- U npi этом на гаыходе cjgyaieTopa 1О устанавливается нулевой погвшвал, что п. зволяет способом раоии фовывать следующую ступеньку. Импупьс нупь-органа 1 б к через элемент ИЛИ 2О запускает цепочку формирователей 24 26, каждый из Kotoi dx запускается зай ним фронте импульса предыдущего, и, есди срабатывание распределителя импульсов 15 происходит не в результате воздействия на групповой сигнал-импуль ной помехи с амплитудой (i, тогда ик пульс формирователя 26 через открытый элемент И 27 (триггер 28 находится в нуле) с третьего выхода устройства дает сигнал в ЭВМ на выборку с выхода регистра 4 информации от К-го датчика, ас выхода шифратора .23, представляющего собой комбинационную схему, преобразующую унитарный код на ее входах соединенных с выходами регистра 18, в двоичный или двоично-десятичный код, код адреса данного датчика. Таким обpa3owt производится расшифрование группового сигнала и передача информации ЭВМ. Импульс формироватёпя 26, длительность 1 которого выбирается достатсиной для выборки информации ЭВМ поступает также на общий вход сброса регистра 18 и сбрасывает его. Обрабс ка последующих ступенек ведется аналогично. Таким образом, устройство реагирует 1олькЬ на строго определенные величины входных потенциалов, поэтому помехи, амплитуды которых не совпадают с заданной точность с фиксированными величинами потенциалов, не вызывают сбой в работе, искажение или потерю информации (если от помехи и сработает фор- мироватепь 12 и запишется код из счет чика 3 в регистр 4, сигнал на выборку в М не поступит),. При совпадении амплитуды импульоЛой помехи с величиной одной из ступенек (J 5 происходит срабатывание раопределителя 15 импульсов установка 5-ых разрядов регистров 18 и 19 в единицы, подключение на вход сумматоpa 10 напряжения (- U) и запуск формирователя 24, но после окончания действия помехи на выходе сумматора 10 устанавдивается напряжение (- Ug), при этом на выходе сумматора 14 распределите пя 15, на втором входе которого напряжение Ug, устанавливается нуль, что приводит к срабатывашю соответствующего нуль-орга на 17, Задним фронтом шпульса формирователя 24, длительность которого с- выбрана немного бопь ше ожидаемой длительности помех, запуосается формирователь 25, его импульс поступает на входы элементов И 22 j 22 j, проходит только через готовый к от рткрьгтию элементов И 22 ,и поступает на вторые входы S -ых разрядов регистров 18 и 19 и сбрасывает их, при этом отключается напряжение (- Uc) с входа сумматора 10, на его выходе устанавливается нуль. Передний фронт импульса формирователя 25, длительность Cj котророго выбрана достаточной для срабатывания всезс элементов, на которые ой поступает, образует отрицательный перепад на ш 1ходе элемента ИЛИ - НЕ 21, устанавливающий триггер 28 в единицу, и тем самым закрывав элемент-И 27 для прохождения импульса (Формирователя 26 на выход устройства. Таким образом, сигнал на ы.1борку информации из устройства в ЭВМ не поступает. Задний фронт импульса формирователя 26 сбрасывает триггер 28. Импульс формирователя 26 поступает также на вход элемента И - НЕ 29. Пря подаче сигнала на выборку из устройства информации от датчика с наибольшей в данном цикле опроса величиной импульс формирователя 26 вызывает нулевой потенциал, на Ыз1ходе элемента И - НЕ 29 (на всех других входах которого будут единичные потенциалы выходов регистра 19).Нуль с вйхода элемента И - НЕ 29 закрывает элемент И 31 для прохождения через него импульсов генератора 1 на входы делителя 2 и счетчика 3. Отрицательный перепад на выходе элемента И - НЕ 29 запускает формирователь ЗО, импульс которого поступает на входы сброса депитепя 2 и счетчика 3 и сбрасываег их, при этом срывается ймпупьс возбуждения. Этот же ймпупьс, дпитепь, носгь которого 2 4 выбрана достаточной для срыве цикла работы, постухюет на вход сброса регистра 19 и задним фронтом сбрасывает его, при этом уотанавнавается еаштиа на выходе эпемента И - НЕ 29, открывается эпемант И 31 и начиняется новый цикп работы устройства. Таким образом, достигается увепиче- ние средней лроизводигепьности устройства: дпитепьность цик«а определяется максимальной дгтгепьиостью преврашения информации во временной интервал в данном цикле, а не номинапьвым измерительным интервалом, Kajsj в устройствепрототипе. Предлагаемое устройство по сравне нию с базовым объектом обладает повы-« шенной помехозащищенностью. Сбой в работе базового объекта происходит при на ведении в линии связи, соединяющей выход блока аналоговых преобразователей с входом приемной части, помехи амплитуд дой, равной Uj UK, ± Л/ где - кодированные амплитуды ступенек группового сигнала; - зона нечувствительности нульорганов. Вероятность сбоя базового объекта равна P,,,ti.) F(U,UVF( где Р. - вероятность сбоя базового обт FP функция распределения вероятностей амплитуд помех. Вероятность сбоя при приеме группевого сигнала в данном устройстве определяется, как вероятность появления импульсной помехи, амплитудой I (/ ± Д . И длительностью L где t -( - длительность импульса фррмирователя 30 ,. bVP,(), где Р. - вероятность сбоя базового o6irР()- вероятность появления помехи, длительностью болыией за ; F. - функция распределения вероятностей длительности помех. Функция распределения вероятностей ймплитуд помех для большинства видов помех близка к нормальному закону распределения. Выбором значений U ц в баэовсж объекте достигается вероятность 0,0046 Р, ё О,0098. В зависимости от : характера помех и выбора величины 6i ,. исходя из реальных условий работы устройства, вероятность PCt р ti) оценивается как О,21 Р{ 7 и )О,52, что значит снижение возможного количества сбоев работы устройства не менее, чем на 5О%, при этом увеличивается функциональная надежность работы устройства. Время цикла работы предлагаемого устройства зависит от величины сигнала в в датчиках и является величиной переменной, что позволяет повысить среднюю проюводительность устройства, определяемую как количество циклов за некоторый отрезов времени Т. При непрерывной работе некоторый огрезок времени Т работы базового o6i екта равен Т N., - номинальное время цикла работы;N - количество циклов работы базового объекта. Данный отрезок Т для предлагаемого о(5ъекта, т Г t J где i-i - длительность «( -го цикла; N 2 - количество циклов предлагаемого объекта. Поскольку i ном тогда М 5 N и степень увеличения числа циклов зависит от закона распределения входной информации и находится в пределах 25 42% от числа N( . Кроме того, в предлагаемом устройстве число циклов тем больше, чем меньше величина входных сигналов, что позволяет повысить точность воспроизведения входной информации непосредственно в форме цифровых отсчетов, что повышает точность работы АСУ, в контур которой включено предлагаемое устройство.