Устройство для ввода информации от аналоговых датчиков Советский патент 1987 года по МПК G06F3/05 

1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для ввода аналоговой информации от датчиков, сигналы которых имеют существенные отличия в амплитудных и частотных характеристиках.

зовано постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Тогда операция начал ной загрузки отсутствует. Константы в блоке 11 определяют порядок опрос каналов, частоту дискретизации АЦП в каждом канале и режим работы БМ 8 для каждого канала. Порядок работы устройства определяется программой работы БМПУ 12,

Цикл сбора информации начинаетс с чтения блоком 12 по ШД 14 конста ты из блока 11, При этом предварительно из блока 12 на шину адреса выставляется адрес очередной конст ты, а по шине управления на вход чтения блока 11 поступает импульс

to

15

Цель изобретения - повьшение точности обработки вводимой информации за счет программно-управляемого сопряжения динамических диапазонов входных сигналов с диапазоном устройства,

На фиг, 1 показана структурная схема устройства; на фиг, 2 - конструкция управляемого делителя частоты; на фиг, 3 - конструкц|1я блока нормировки; на фиг, 4 - пример реализации усилителя блока нормировки; на фиг. 5 - возможный вариант конструкции блока буферной памяти; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит аналоговые датчики 1, мультиплексор 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, блок 4 буферной памяти, генератор 5, дешифратор 6, элемент 7 задержки,

блок в масштабирования (БМ), управля-30 как все названные регистры будут - емый делитель 9 частоты (УДЧ), ре- загружены. Константа, записанная в 10-(регистр номера канала РНК),

20

чтения, после чего блок 12 загружа ет эту константу в регистр одного из трех блоков: БМ 8, УДЧ 9, РНК 10 Для этого на ШД 14 выставляется кон станта (в простейшем случае - та же что считана из блока 11, но не исключается и преобразование в БМПУ

12)

а на шину адреса - адрес блока

Дешифратор 6 дешифрирует адрес и выд ет импульс записи на соответств то- щий регистр 10, 16, 23, 2t, Цикл, начинающийся чтением константы из блока 11, заканчивается после того

40

гистр

блок 11 оперативной памяти, блок 12 микропрограммного управления (БМПУ), шину 13 управления (ЯУ), шину 14 данных (ШД), шину 15 адреса (ША).

Делитель частоты (фиг, 2) содержит регистр 16 (регистр кода частоты РКЧ), счетчик 17, формирователь 18, элемент ИЛИ 19. Блок нормировки содержит (фиг. 3) усилитель 20, регистр 21 смещения (PC), цифроаналого- вый преобразователь (ЦМО 22, регистр 23 масштаба (РМ).

Блок буферной памяти (фиг, 5) со- 45 держит блок 24 регистров общего назначения (БРОН) счетчик 25 адреса записи, компаратор 26, счетчик 27 адреса чтения, первый 28 и второй 29 элементы задержки, Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы по ШД 14 и ША 15 под управлением сигнала, поступающего на вход записи блока 11 по ШУ 13, происходит загрузка блока 11 от центрального процессора (внешнего по отношению к данному устройсту), В качестве блока 11 может быть использагружены,

РНК 10, однозначно определяет номер подключенного канала, в РМ 23 и PC 21 - динамический диапазон сигн 35 ла на входе БМ В (амплитуда и смещ ние относительно нуля) для поддержания заданного динамического диап зона сигнала на входе АЦП 3, в РКЧ 16 - интервал между предыдущим и последующим импульсом запуска АЦП Если частота дискретизации сигнало всех датчиков 1 одинакова, то загр зить РКЧ 16 следует всего один раз перед началом работы. То же относи ся к РНК 10 и регистрам РМ 23 и PC 21, если соответственно опрашивается лишь один датчик и динамиче кий диапазон сигналов всех датчико подключаемых мультиплексором,2,оди наков.

50

Константа, записанная в РКЧ 16 (фиг, 2), переписывается в счетчик

17импульсом от дешифратора 6 или импульсом с выхода формирователя 1 при достижении содержимым счетчика 17 нулевого значения. Импульс перезаписи с выхода формирователя

18одновременно подается на запуск

2987342

зовано постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Тогда операция начальной загрузки отсутствует. Константы в блоке 11 определяют порядок опроса каналов, частоту дискретизации АЦП 3 в каждом канале и режим работы БМ 8 для каждого канала. Порядок работы устройства определяется программой работы БМПУ 12,

Цикл сбора информации начинается с чтения блоком 12 по ШД 14 константы из блока 11, При этом предварительно из блока 12 на шину адреса выставляется адрес очередной константы, а по шине управления на вход чтения блока 11 поступает импульс

to

15

чтения, после чего блок 12 загружает эту константу в регистр одного из трех блоков: БМ 8, УДЧ 9, РНК 10, Для этого на ШД 14 выставляется константа (в простейшем случае - та же, что считана из блока 11, но не исключается и преобразование в БМПУ

как все названные регистры будут - загружены. Константа, записанная в

12)

а на шину адреса - адрес блока.

Дешифратор 6 дешифрирует адрес и выдает импульс записи на соответств то- щий регистр 10, 16, 23, 2t, Цикл, начинающийся чтением константы из блока 11, заканчивается после того.

как все названные регистры будут - загружены. Константа, записанная в

загружены,

РНК 10, однозначно определяет номер подключенного канала, в РМ 23 и PC 21 - динамический диапазон сигна- ла на входе БМ В (амплитуда и смещение относительно нуля) для поддержания заданного динамического диапазона сигнала на входе АЦП 3, в РКЧ 16 - интервал между предыдущим и последующим импульсом запуска АЦП 3. Если частота дискретизации сигналов всех датчиков 1 одинакова, то загрузить РКЧ 16 следует всего один раз перед началом работы. То же относится к РНК 10 и регистрам РМ 23 и PC 21, если соответственно опрашивается лишь один датчик и динамический диапазон сигналов всех датчиков подключаемых мультиплексором,2,одинаков.

Константа, записанная в РКЧ 16 (фиг, 2), переписывается в счетчик

17импульсом от дешифратора 6 или импульсом с выхода формирователя 18 при достижении содержимым счетчика 17 нулевого значения. Импульс перезаписи с выхода формирователя

18одновременно подается на запуск

31

АЦП 3. Записанная из РКЧ 16 константа определяет длительность очередного интервала до запуска АЦП 3 с дискретом, равным периоду тактовых импульсов генератора 5 -Т ,

Для пояснения работы УДЧ 9 рассмотрим случай, когда требуемая частота дискретизации сигналов, пос- тупаюпшх по первому каналу, равна f, по .второму каналу - 2f д, а по третьему - . Эпюры импульсов дискретизации сигналов первого, второго и третьего каналов для этого случая представлены как соответственно ИД 1, ИД 2 и ИД 3, эпюра импуль сов на выходе УДЧ 9,полученная путем суммирования эпюр ИД 1, ИД 2 и ИД 3 - как ИД (фиг, 6). На основании эпюр можно определить последовательность чисел, которую периодически следует записывать в регистры 16 и 10. Это 1 и 1 (длительность интервала до запуска АЦП 3 равна 1Т , код номера подключенного канала - 1)

2и 2, 1 и 3, 4 и 3, 4 и 3, 1 и 2,

3и 3, 4 и 3, затем снова 1 и 1, При этом период тактовых импульсов генератора 5Т„ должен быть равен 1/20fA.

Через элемент 7 импульс запуска - АЦП 3 поступает на вход записи блока 4, осуществляя запись очередного оцифрованного отсчета. Пришедший на вход записи блока 4 импульс (фиг,5), поступает на вход записи БРОН 24 и записывает информацию, находящуюся на информационном вХоде, Содержимое счетчика 25 адреса записи является кодом адреса ячейки памяти, куда записывается информация. Через элемент 28 импульс, задержанный на время записи информации в БРОН 24, поступает на счетный вход счетчика 25 адреса записи и увеличивает его содержимое на единицу.

Таким образом, счетчик 25 указывает на адрес очередной свободной ячейки памяти БРОН 24, Чтение данных из БРОН 24 производится по текущему адресу, сформированному счетчиком 27, при подаче импульса на вход чтения, после чего, пройдя через элемент 29, импульс увеличивает содержимое счетчика 27 на единицу. Наличие в БРОН 24 подготовленной информации индицируется сигналом, готовности на управляющем вьгкоде блока 4, Этот сигнал формируется

987344

компаратором 26, если содержимое счетчиков 25 и 27 отличается. Перед началом работы содержимое счетчиков обнуляется. По мере заполнення - блока 4 содер жимое счетчика 25 увеличивается - буферная память заполняется, а на управляющем выходе блока 4 появляется сигнал готовности. Процессор обработки (внешний по от- fO нощению к устройству) по этому сигналу заканчивает операции, имеющие более высокий приоритет и Начинает , считывать информацию до тех пор, пока содержимое счетчиков 25 и 27 не

15 сравняется. Сигнал готовности пропадает, буфер пуст, В качестве БРОН 24 может быть использована, например, микросхема 1802ИР1,

Блок нормировки (фиг, 3) работа- 20 ет следующим образом. Содержимое регистра смещения (код смещения) с помощью ЦАП 22 преобразуется в напряжение смещения, которое подается

на управляющий вход управляемого 25 усилителя 20, выполненного, напри-, мер, по схеме фиг, 4, В качестве микросхем Д1 и ДЗ можно использо-. вать операционные усилители серии 140, Код с выхода регистра масштг- Зд ба (в данном случае лишь три разряда, см, фиг, 4) поступает на управляющие входы блока ключей Д2, которые замыкаются и размыкаются в зависимости от кода, подключая и отключая соответствующие сопротивления в цепи обратной связи ОУ Д1. Тем са- . мым меняется коэффициент усиления усилителя 20, В качестве микросхем Д2 можно использовать 564 КТЗ,

35

Предлагаемое устройство обеспечивает индивидуальное программное согласование сигналов датчиков с АЦП по динамическому диапазону и частоте дискретизации. Информация о порядковых номерах подключаемых каналов, интервалах времени между предьщущим и последующим импульсами запуска АЦП 3, а также величинах масштаба

и смещения, задаваемых в БМ 8, хранится в блоке 11, Поэтому каждый цикл сбора информации начинается с выбора очередной константы из блока 11 и засылки соответствующего кода

в РНК 10, РКЧ 16,.PC 21 и РМ 23, Индивидуальный подход к каждому датчику, базирующийся на априорных сведениях и параметрах его сигнала, гарантирует наиболее полное извле

512

чение информации при минимальном объеме запоминаемых отсчетов.

Формула изобретения

1, Устройство для ввода информации от аналоговых датчиков, содержащее мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, блок буферной памяти, генератор, дешифратор и элемент задержки, информационные выходы блока буферной памяти являются информационными выходами устройства, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с информационными входами блока буферной памяти, вход чтения которого является входом чтения уст- ройства, выход требования прерыва- ния блока буферной памяти являе гся выходом требования прерывания уст- ройства, информационные входы муль типлексора являются информационными входами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности обработки вводимой ин формации за счет программно-управляемого сопряжения динамических диапазонов входных сигналов с диапазоном устройства, оно содержит блок масштабирования, управляемый делитель частоты, регистр, блок оперативной памяти, блок микропрограммного упраления, информационные входы-выходы, адресные выходы и управляющие входы выходы которого соединены соответст венно с шиной данных, шиной адреса и шиной управления устройства, входы дешифратора и ajD;pecныe входы блока оперативной памяти соединены с шиной адреса устройства, информаци- онные входы регистра, информационные входы управляемого делителя частоты, информационные входы-выходы блока оперативной памяти и управляющие входы блока масштабирования сое динены с шиной данных устройства, выход подтверждения записи блока буферной памяти соединен с шиной управления устройства, к которой подключены вход записи и вход чтения блока оперативной памяти, первый, второй и третий выходы дешифратора соединены соответственно с строби- рующими входами управляемого делите

ч а мый 0 5 0 5 0 5 0

ля частоты, блока масштабирования и регистра, выходы которого соединены с адресными входами мультиплексора, выход которого соединен с информационным входом блока масштабирования, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход генератора соединен с тактирующим входом управляемого делителя частоты, выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом записи блока буферной памяти,

2.Устройство по п. 1, о т л и - ю щ е е с я тем, что управляе- делитель частоты содержит регистр, счетчик, формирователь и элемент ИЛИ, выход которого соединен с стробирующим входом счетчика, выход которого соединен с входом формирователя, выход которого соединен

с первым входом элемента ИЛИ и является выходом делителя, информационные входы регистра являются информационными входами делителя, выходы регистра соединены с установочными входами счетчика, вычитающий вход которого является тактирующим входом делителя, второй вход элемента ИЛИ объединен с входом записи регистра и является стробирующим входом дели- теля.

3.Устройство по п. 1, о т л и - ч ающе е с я тем, что блок масштабирования содержит регистр CMeipe- ния, регистр масштаба, цифроанало- говый преобразователь и усилитель , информационный вход которого является информационным входом блока, входы записи регистров смещения и масштаба объединены и являются стробирующим входом блока, информационные входы регистров смещения и масштаба являются управляющими входами блока, выходы регистра смещения соединены с входами цифроанапогового преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом усилителя, вьпсоды регистра масштаба соединены с управляющими входами группы усилителя, выход которого является выходом блока.

18 I

19

11

(puz.Z

Фиг. j

emt

0mm

16

Ошб

zrj

Sf

ОУ

КЗ

8R

Фы.

Jf

utw. Bbfx.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и може быть использовано для ввода аналоговой информации от датчиков, сигналы которых имеют существенные отличия в амплитудных и частотных характеристиках. Цель изобретения - повьппение точности обработки вводи- : мой информации за счет программно-; управляемого сопряжения динамических диапазонов входных сигналов с диапазоном устройства. Устройство содержит мультиплексор, блок масштабирования, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок буферной памяти, регистр, генератор, управляемый делитель частоты, элемент задержки, блок микропрограммного управления, дешифратор и блок оперативной памяти. Мультиплексор подключает к блоку масштабирования аналоговый датчик, выбранный для опроса. Блок масштабирования выполняет согласование динамического диапазона датчика и АЦП. Информация о номере опрашиваемого канала, частоте дискретизаци и АЦП и динамическом .диапазоне датчика данного канала содержится в блоке оперативной памяти. Извлечением этой информации из блока оперативной памяти и загрузкой ее в регистры устройства управляет блок микропрограммного управления. Нормированный аналоговый, сигнал поступает на АЦП к после оцифровки записьшает- ся.в блок буферной памяти. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. И futf

Шг f

-«f-.§J af

I

14

2;

чтеаае

H

2

и

Составитель В„ Файзрахманов Редактор Н, Егорова Техред М.Ходанич Корректор А. Обручар

Заказ 889/50 Тираж 673 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д,. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

к т f

xg.5

JLJ

II lit