Устройство для ввода информации Советский патент 1985 года по МПК G01F13/00 

I

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в системах управления и контроля, преимущественно в микро процессорных системах.

Цель изобретения - повьгаение быстродействия устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройстйа; на фиг. 2 - функциональная схема генератора импульсов.

Устройство содержит генератор I импульсов, счетчик 2, дешифратор 3, регистры 4, блок 5 памяти, блок 6 сравнения, первый 7 и второй 8 D-триггеры, элемент ИЛИ 9.

Кроме того, на фиг. I обозначены, информационные входы 10 устройства, адресные входы 1 устройства, адресные выходы 12 устройства, информационные выходы 13 устройства, выход 14 запроса прерьшания устройства, второй управляющий вход 15 устройства и первый управляющий вход 16 устройства.

Генератор импульсов (фиг. 2) выполнен по схеме кольцевого .генератора на трех инвертирующих вентилях 17-19, в цепь обратной связи второго вентиля 18 включен времязадающий конденсатор 20, а выходной вентиль 19, вьшолненный в виде первого элемента И-НЕ, образует с вторым элементом И-НЕ 21 R5 -триггер, установочный вход которого соединен с выходом 14 запроса прерьшания.

Устройство осуществляет ввод во внешнюю микро-ЭВМ информации, поступающей на устройство по радиальны шинам в виде потенциальных сигналов Входы 10, на которые поступают сигналы, для удобства ввода разбиты на группы (т-групп). Число входов в группе (к) выбирается равным разрядности шины данных микро-ЭВМ

обычно( разрядов), Опрос и ввод информации производится параллельно-последовательно (последовательно по группам и параллельно в пределах группы). Входы 10 опрашиваются устройством циклически, в каждом такте опрашивается .одна группа входов 10. При опросе текущее состояние входов 10 группы сравнивается с их состоянием в предьш пцем цикле опроса, и при обнаружении изменения состояния хотя

018422

бы одного входа дальнейший опрос прекращается, а на выходе 14 формируется запрос прерьшания, по которому микро-ЭВМ может считать адрес

5 данной группы с выходов 12 и состояние ее входов с выходов 13. Устройство также позволяет непосредственно считать данные с той или иной группы. Для этого необходимо

10 выдать на входы I1 устройства адрес группы, а затем считать данные с вьгходов 13. Таким образом, возможно функционирование в двух режимах: автоматическом режиме и режиме, непосредственного доступа к данным.

В автоматическом режиме устройство работает следующим образом.

Работа устройства тактируется импульсами, поступающими с генератора 1 импульсов на тактирующий вход счетчика 2. При этом первый и второй триггеры 7 и 8 находятся в нулевом состоянии. Цикл опроса начинается с нулевого такта. Нулевой код

25 с выхода счетчика 2 поступает на входы дешифратора 3. Дешифратор 3 формирует сигнал на нулевом выходе, поступающий через элемент ИЛИ 9 на входы разрешения записи регистров

30 4. При этом в регистры 4 с информационных -входов 10 заносится текущее значение информации. По отрицательному фронту каждого последующего импульса счетчик 2 увеличивает на

,с единицу свое содержимое. Дешифратор

3дешифрирует код, поступающий с выходов счетчика 2, формируя сигнал на стробирующем входе соответствующего регистра 4. Регистры 4 имеют

выходы с тремя состояниями. При поступлении сигнала на стробирующий вход, соответствующий регистр

4переводит свои выходы в активное состояние, и на первую группу

5 входов схемы 6 сравнения из регистра 4 поступает информация о состоянии входов 10 данной группы. Одновременно код со счетчика 2 поступает на адресные входы блока 5 памяти, выбирая в нем ячейку памяти, соответствующую данной группе входов 10.

Таким образом, из блока 5 памяти извлекается информация о состоянии входов 10 данной группы в предыдущем цикле опроса. Указанная информация поступает на вторую группу входов блока 6 сравнения. Блок 6 сравнения осуществляет сравнение информации

3

о состоянии входов 10 в текущем и предыдущем циклах опроса. Если с момента предьщущего цикла опроса в данной группе входов 10 не произошло изменеиий, то блок сравнения фсирует равенство кодов и формирует на своем выходе логическую единицу По положительному фронту синхроимпульса сигнал с выхода блока сравнения записьшается с инверсией в пвый триггер 7. При совпадении информации триггер 7 так и остается в нулевом состоянии. Одновременно, по положительному перепаду синхроимпульса, поступающему на вход записи блока 5 памяти, в него переписью а ет с я информация из регистра 4, т.е. запоминается текущее состояние данной группы входов 10. |По отрицательному фронту синхроимпульса счетчик 2 вновь увеличивает на единицу свое содержимое, дешифратор 3 вьщает сигнал стробирования на следующий регистр 4, и, таким образом, начинается следующий такт опроса. Если блок 6 сравнения формирует нулевой уровень, то это означает, что в опрашиваемой группе входов 10 с момента предыдущего цикла опроса .произгошло изменение состояния по крайней мере одного входа. В этом случае по положительному фронту синхроимпульса в первый триггер 7 заносится и поступает на выход 14 запроса прерьшания единичный уровень, информирующий внешнюю микро-ЭВМ о наличии информации. Кроме того, информация из регистра 4 переписьюается в блок 5 памяти, а генератор 1 из-за отсутствия на его- входе запуска разрешающего нулевого уровня прекращает генерировать импульсы и устройство выходит из автоматического режима. П этом на выходах 12 устройства находится адрес группы входов, а на информационных выходах 13 находитс информация о состоянии входов 10 данной группы. Наличию сигнала на том или ином входе 10 соответствую логические единицы в соответствующих разрядах, отсутствию сигнала логические нули в соответствующих .разрядах. После считьшания указанной информации, для переключения устройства в автоматический режим необходимо подать сигнал на управлющий вход 15. При этом первый

01842А

триггер 7 устанавливается в нуль и запускается генератор 1 импульсов. Считьшание информации может осуществляться также в режиме непосредственного доступа. Для этого на входы 11 устройства подается адрес требуемой группы входов 10, а также подается сигнал на управляющий вход разрешения записи адреса. По отрицательному фронту синхроимпульса сигнал с входа 16 записьшается во второй триггер 8. Логическая единица с его выхода поступает на S-вход первого триггера 7, устанавливая

5 его в единицу. Кроме того, логическая единица поступает через элемент ИЛИ 9 на входы записи регистров 4. Логическая единица также посту- пает на стробирующий вход счетчика

0 2 и осуществляет запись в счетчик 2 адреса группы с входом 11. В регистры 4 по сигналу записи заносится текущее значение сигналов с информационных входов 10. Поскольку первый

5 триггер 7 устанавливается в логическую единицу, генератор 1 импульсов ;выдав положительный перепад, оста1навливается. Адрес группы с выходов |счетчика 2 поступает на входы дешиф0 ратора 3, который выдает стробирующий сигнал на соответствующий регистр 4, с выходов которого на выходы 13 поступает информация о данной группе входов 10. После снятия сигнала разрешения записи с входа 16, триггер 8 обнуляется. По окончании считьшания информации с выходов устройство может быть переключено в автоматический режим подачей сигнала

.„ запуска на вход 15.

0

Для обеспечения высокого быстродействия устройства необходимо преду-смотреть ряд мер. Шины, сигналы на которых изменяются с максимальной

5 частотой, необходимо подключать

к информационным входам 10,входящим в младшие группы (т.е. в группы, опрашиваемые в цикле опроса первь1ми). Соответственно шины, сигналы

0 на которых изменяются с меньшими частотами, необходимо соединить с входами 10 старших групп. Такое подключение особенно рекомендуется применять в случае, когда время

5 считьшания информации с устройства, после выдачи запроса на прерьшания значительно больше периода одного I такта опроса и значителен диапазон частот изменения сигналов на различных входах 10. В этом случае можно избежать потери информации при одновременном изменении состо ний входов в большом числе групп. Для этого после считьюания информ ции с некоторого (N) числа групп необходимо в режиме прямого обращ ния переключиться на нулевой адре что соответствует запуску на новы цикл опроса. При этом N определя .ется как целая часть следующего выражения I mt максимальная частота и менения сигналов на входах первой группы; t - время одного такта опро Т - время считьшания ((запис информации, номера груп и данных; ш - общее число групп входо Таким образом, цикл опроса не доводится до конца, а прерьшается в некоторый момент времени и начинается сначала. В этом случае вход младших групп опрашиваются более часто, а входы старших групп реже и тем самым в ряде случаев оказывается возможным осуществлять опрос любой группы входов с частотой не ниже заданной f., для этой группы. Генератор 1 импульсов 1 (фиг. 2 работает следующим образом. При наличии на его выходе 14 разрешающего нулевого уровня, на выходе второго элемента 21 формируется уровень логической единицы. При этом генератор 1 генерирует импульсы, частоты которых определяет ся временем перезаряда емкости конденсатора 20, генерация осущест вляется за счет поочередного переключения вентилей 17-19. При поступлении на выход 14 единичного уровня происходит останов генератора 1. Если в момент прихода единичного уровня на выходе генератор 1 также был единичный уровень, то RS-триггер, образованный элементам И-НЕ 19 и 21, устанавливается в режим хранения и фиксирует на выхо де генератора 1 уровень логической единицы. Если же в момент прихода единичного уровня на выходе генератора 1 был нулевой уровень, то К5-триггер зафиксирует единичный уровень на выходе генератора 1 толь ко по окончании отрицательного полупериода колебаний. Таким образом, генератор I независимо от момента прихода сигнала останова остановится по достижении единичного уровня на выходе. При реализации основные характеристики устройства определяются следующим образом. При общем числе информационных входов 10, равном Е и разрядности информационньк выходов 13, равной К, число групп входов 10 определяется как ближайшее большее целое из следующего выражения К Разрядность счетчика 2 определяется как ближайшее большее целое в соответствии со следующим выражением:n log|i(m+l) При реализации в качестве блока 5 памяти удобно использовать многоразрядные микросхемы памяти с небольшой емкостью и высоким быстродействием например, ,с микросхемы 155РУ2, организация ). В качестве регистров 4 удобно использовать буферные регистры, имеющие выходы с тремя состояниями, например, 589ИР12. Счетчик может быть вьтолнен на микросхеме 155ИЕ7. Высокое.быстродействие предлагаемого устройства обеспечивается за счет улучшения следующих характеристик : уменьшение времени цикла опроса путем организации параллельно-последовательной обработки и ввода информации; сокращение аппаратурного времени за счет того, что в нулевом такте опроса текущие логические состояния входов одновременно фиксируются в регистрах и не изменяются -до следующего цикла опроса, что достигается выполнением мультиплексора в виде последовательностей схемы с использованием регистров, и выделением в цикле опроса отдельного такта (нулевого) для записи информации в регистры за счет связи нулевого выхода дешифратора 3 со входами записи регистров 4; обеспечение возможности внеочередного считьюания состояния любой группы входов и укорочения отдельных циклов 7 i. опроса, что достигается вьтолнением блока памяти в виде запоминающего устройства с произвольной выборкой и использованием .установочных входов счетчика 2. Кроме того, устройство обеспечивает сокращение аппаратурного време ни за счет обеспечения ввода информ ции только при изменении состояния сигналов на его входах. 42 .8 При реализации предлагаемого уст ройства на быстродействующей элементной базе и использовании блока памяти с временем выборки в пределах десятков наносекунд (НС), время такта опроса может быть доведено до величины порядка 100-200 не, благодаря тому , что в одном такте одновременно К - вхоопрашиваютсядов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ИНФОРМАЦИИ, содержащее генератор импульсов, счетчик, дешифратор, блок памяти и блок сравнения, тактирующий вход счетчика соединен с выходом генератора импульсов, выходы счетчика соединены с входами дешифратора, адресными входами блока памяти и являются адресными выходами устройства, информационные выходы блока памяти свйзаны с входами второй группы блока сравнения, вход разрешения записи блока памяти - с выходом генератора -импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно содержит регистры, первый и второй Р-триг-. геры, элемент ИЛИ, установочные входы счетчика являются адресными входами устройства, инверсный R - и О -входы второго О -триггера являются первым управляющим входом устройства, стробирующие входы первого, и второго D-триггеров соединены с выходом генератора импульсов, выход второго D-триггера подключен к стробирующему входу счетчика, первому входу элемента ИЛИ и 5-входу первогоD-триггера, инверсный D-ВХОД которого соединен с выходом блока сравнения, R-вход первого С-триггера является вторым управляющим входом устройства, выход первого Р -триггера, соединен с входом запуска генератора импульсов и является выходом запроса прерьюания i устройства, второй вход элемента ИЛИ соединён с выходом нулевого раз(Л ряда дешифратора, выход элемента ИЛИ - с входами записи регистров, стробирующие входы которых соединеQ ны с выходами дешифратора, кроме выхода нулевого разряда, информационные входы регистров являются Is9 информационными входами устройства, Э одноименные выходы регистров соединены с соответствующими информа00 4 N9 ционными входами блока памяти, входами первой группы блока сравнения .и являются информационными выходами устройства.