Аналого-цифровое вычислительное устройство Советский патент 1988 года по МПК G06J3/00 

со

00

00 ;о

и

138

решаемьгл устройством задач. Аналоге- цифровое вычислительное устройство содержит в цифровой части программируемое арифметико-логическое устройство 1,регистр 2 микрокоманд,де- шифратор 3 микрокоманд, первый блок 4 синхронизации, буферный регистр 5 данных, блок 6 памяти данных, блок 7 регистровой памяти, буферный регистр 8 адреса, общую внутреннюю шину 9 данных, генератор 10 тактовых импульсов, второй блок 11 синхронизации, шину 12 данных, блок 13 памяти данных, блок 14 ввода-вывода.Собственно аналого-цифровое вычислительное устройство Содержит первый коммутатор 15, блок 16 эталонньк источников напряжения, блок 17 цифроуправляемых операционных усилителей с программно изменяемыми коэффициентами передачи, аналоговый запоминающий блок 18, блок 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей,второй коммутатор 20, преобразователь код - напряжение 21, компаратор 22, блок 23 регистров, аналоговые информационные входы 24. Блоки 1-9 и связи между ними образуют цифровой микропроцессор 25. Цель изобретения достигнута за счет введения блока цифроуправляемых функциональных преобразователей, блока эталонных источников напряжения и блока цифроуправляемых операционных усилителей, а также за счет новых связей между блоками. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки и преобразования цифровой и аналоговой информации, а также для автоматического управления различными процессами. Целью изобретения является расширение класса

1

Изобретение относится к вычислительной техни-ке и может быть использовано для обработки и преобразования цифровой и аналоговой информации а также для автоматического управления различными процессами.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач.

На чертеже приведена структурная схема аналого-цифрового вычислительного устройства с вариантом исполнения цифровой части блока программного управления.

Устройство содержит программиру- емое арифметико-логическое устройство (АЛУ) 1, регистр 2 микрокоманд, дешифратор 3 микрокоманд, первый бло

4синхронизации, буферный регистр

5данных, блок 6 памяти данных.,блок 7 регистровой памяти, буферный регистр 8 адреса, общую внутреннюю шину 9 данньпс, генератор 10 тактовых импульсов, второй блок 11 синхронизации, шину 12 данных, блок 13 памя- ти данных и блок 14 ввода-вывода,, Собственно аналого-цифровое вычислительное устройство рключает первый коммутатор 15, блок 16 эталонных источников напряжения, блок 17

цифроуправляемых операционных усилителей с программно изменяемыми коэффициентами передачи, аналоговый запоминающий блок 18, блок 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей, второй коммутатор 20, преобразователь 21 код - напряжение, компаратор 22, блок 23 регистров, аналоговые информационные входы 24. Блоки 1-9 и связи между ними образуют цифровой микропроцессор 25.

Аналого-цифровое вычислительное устройство работает следукнцим образом.

В основу построения устройства положены принципы модульности, программного управления, контролируемости, адаптации структуры под характер входного сигнала, многофункциональности. Возможны следующие основные режимы работы аналого-цифрового вычислительного устройства: цифровой обработки данных; многоканальный аналого-цифровой и цифро- аналоговой обработки данн.ых; решения задач моделирования и управления системами; программной перестройки системы; контроля и диагностики. В режиме цифровой обработки данных команды из блока 13 памяти данных поступают в регистр 2 микрокоманд, дешифрируются в дешифраторе 3 микрокоманд. Первый блок 4 синхронизации вырабатывает все необходимые сигналы управления. АЛУ 1 осуществляет

операции над данными. Промежуточные данные хранятся в блоке 6 памяти данных, а также в регистре временного хранения (не показан) АЛУ 1. Результат вьшолнения операции поступает на внутреннюю шину 9 данных и далее через буферный регистр 5 данных,шину 12 данньк в необходимый блок аналого-цифрового микропроцессора. Результат выполнения операции может быть также записан в блок 6 памяти данных,Буферный регистр 5 данных является двунаправленным. Блок 7- регистровой памяти включает регистры общего назначения, указатель стека, счетчик команд, управляемый адресный регистр,предназначен для приема информации из двух регистров общего назначения и передачи ее в буферный регистр 8 адреса. Блок 13 памяти данных в общем случае.содержит постоянную память для решения стандартных задач и оперативную. Второй блок 11 синхронизации осуществляет временное согласование работы различных бло- ков устройства. Аналого-цифровое вычислительное устройство представляет по своей сути набор модулей.Это позволяет решать задачи различного класса при оптимальном составе оборудования.

В режиме многоканальный аналого- цифровой обработки данных программны путем при помощи модуля цифрового микропроцессора можно организовать различные методы аналого-цифрового преобразования, например последовательного счета, поразрядного кодирования и др.

При помощи первого коммутатора 15 блока 17 цифроуправляемых операционных усилителей, второго коммутатора 20, блока 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей осуще- ставляется настройка аналого-цифрового вычислительного устройства на решение определенной задачи. Это осуществляется при помощи кодов команд из блока 13 памяти данных, регистра 2 микрокоманд, дешифратора 3 микрокоманд, блока 4 синхронизации. Для этого соответствующие коды из блоков 13 и 14 и регистра 5 данных пересылаются в приемные регистры первого коммутатора 15, блоков 17 и 19 и второго коммутатора 20. Для реализации, например, метода последовательного счета коды из блока 13 па0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мяти данных передаются по общей шине 12 данных в первый 15 и второй 20 коммутаторы. При. этом на первый вход компаратора. 22 подключается сигнал с соответствующего аналорово- го информационного входа 24. Затем в блок 23 регистров вводится код |И преобразователь 21 код - напряжение формируе:т минимальный эталон напряжения, называемый квантом, который поступает на второй вход компаратора 22. Полученный результат .-сравнения заносится по входу управления записью в блок.23 регистров и далее через шину 12 и буферный регистр 5 данньк передается в АЛУ 1 для логической обработки. Далее код, подава- в блок .23, регистров, увеличивается на единицу и т.д. В момент равенства напряжений на входах компаратора 22 на его выходе..присутствует 1, АЛУ 1 фиксирует этот момент и .соответствующий код. Таким образом, осуществляется одноканальное аналого-цифровое преобразование ме- тодом последовательного счета.

В режиме многоканального аналого- цифрового преобразования методом последовательного счета происходит под- ключение различных аналоговых информационных входов 24 к компаратору 22, запоминание результатов сравнения в соответствующих ячейках блока 13 памяти данных и определение кода преобразования по каждому входу.

Возможна также реализация методов многоканального цифроаналогового преобразования, при котором результа ты могут храниться в аналоговом запоминающем блоке 18, Аналоговый сигнал с аналоговых информационных входов 24 может подаваться на входы компаратора 22 также и с масштаб- ньм коэффициентом, который устаг навяивается в блоке 17 цифроуправ- ляемьк операционных усилителей первые входы и вход синхронизации - цифровые, а другие входы и выходы - аналоговые. В блоке 19 цифроуправляемых функциональных преобразователей первые входы и вход синхронизации - цифровые, а вторые вход, и выход - аналоговые.

Режим решения задач моделирования и управления системами позволяет решать задачи моделирования и управления, описываемые сложными уравнениями. Это могут быть дифференциаль

51

ные, интегральные уравнения и др.д;ля решения этих задач цифровой микропроцессор выполняет вначале программу настройки аналого-цифрового микропроцессора, при которой с помощью

первого 15 и второго 20 коммутаторов выполняются необходимые связи, а затем произ.водится настройка блоков 11, 17 и 19. При помощи блока 16 эталонных источников напряжения за- даются, начальные условия для операционных усилителей блока 17, которые могут быть настроены на выполнение функций интегрированияр дифференцирования, масштабных усилителей и т,п iC помощью функционгзльньпс преобразо- Iвателей блока 19 воспроизводятся {однозначные функции, область сущест- ||Вования и область значений которых определены заранее,, Функции эти воспроизводятся обычно не трчно а при- |ближенно. Это можно учесть с оответ- 1ствук)щей программой коррекции, ко- :Торую может выполнить цифровой мик- |ропроцессор 25, В аналого-цифровом устройстве при помощи блока 19 функциональных преобразователей мож- |Но воспроизводить и неоднозначные функции. Анализ аргуменга.и функции производит при этом цифровой микро- |процессор 25, который в зависимости ют результатов анализа настраивает функциональные преобразователи блока 19.

Режим программной перестройки по- зволяет программно изменять структуру аналого-цифрового вычислительно- го устройства. Структура перестраи- Дается автоматически по программам ПерестройкиJ хранящимся в блоке 13 |1амяти данных. Например, до значе- йия напряжения на первом входе 24 и - и, параметр описывается уравнением Y f , (t), а при и и, t f (t),

При этом в начале каж;дого цикла решения в компараторе 22 происходит Сравнение напряжения U, с выхода блока 16 эталонных источников напряжения и текущего напряжения U с пер- ного входа 24, При U :ё U, аналого- цифровое вычислительное устройство настраивается на регаение Y f(t), а при и и - на решение Y ), Необходимые для этого программы на- стройки должны быть заранее разра- ботаны и храниться в блоке 13 памяти данных. Алгоритм программной

o

5

0

5

9

5

5 5

0 5

0

0

136

перестройки зависит от конкретной решаемой задачи.

Формула изобретения

Аналого-цифровое вычислительное устройство, содержащее первый коммутатор, аналоговый запоминающий блок, второй коммутатор, преобразователь код-напряжение, компаратор и блок регистров,группа инфор- ма1шонных входов-выходов которого подключена к шине данных устройства, а группа выходов соединена с информационным входом преобразователя код - напряжение, выход и вход аналогового запоминающего блока подключены соответственно к первому информационном входу и первому выходу первого коммутатора, группа информационных входов которого соединена с сооответствующими аналоговыми информационными входами устройст- ва,первый вход и выход компаратора подключены соответственно к вьпсоду преобразователя код - напряжение и к ВХОДУ управления записью блока регистров, управляющие входы первого и второго коммутаторов соединены с адресной шиной устройства, о т- личающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него введены блок цифроуп- равляемых функциональных преобразователей, блок эталонньк источников напряжения и блок цифроуправляемых операционных усилителей с управляемыми коэффициентами передачи, информационный вход и выход которого подключены соответственно к второму выходу первого коммутатора и ко второму информационному входу первого. и первому информационному входу второго коммутаторов, входы синхронизации блоков цифроуправляемых функциональных преобразователей и цифроуправляемых операционных усилителей с управляемым коэффициентом передачи объединены и являются входом синхронизации устройства, информационный вход блока цифроуправляемых функциональных преобразователей соединен с третьим выходом первого коммутатора, а его выход подключен к третьему информационному входу первого коммутатора и к вторЛму информационному входу второго коммутатора, выход и третий информационный

713889138

вход крторого соединены соответст- напряжения, управляющий вход блока венно с вторым входом компаратора и цифроуправляемьк функциональных с выходом аналогового запоминающе- преобразователей и вход .задания

го блока, четвертьй и пятый информа- коэффициентов передачи бло ка циф- ционные входы первого коммутатора роуправляемых операционных усилите- подключены соответственно к выходу лей с изменяемыми коэффициентами преобразователя код - напряжение и передачи подключены к шине данных

к выходу блока эталонных источников. устройства.