Устройство для подключения источника информации к двухпроводной линии связи Советский патент 1990 года по МПК G06F13/10 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано при построении системы опроса удаленных источников информации электронной вычислительной машиной (ЭВМ) по двухпроводной линии связи.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет использования данных, переданных в предыдущем сеансе связи, если эти данные по старшим разрядам совпадают с данными, передаваемыми в текущем сеансе связи.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы связи источника информации с ЭВМ; на фиг. 2 - компаратор; на фиг.З- источники информации; на фиг. 4 и 5 временные диаграммы работы устройства.

Система связи источника информации с ЭВМ (фиг. 1) содержит предлагаемое устройство 1, блок 2 связи с ЭВМ и двухпроводную линию 3 связи.

Устройство 1 содержит передающие оптроны 4 и 5, приемные оптроны 6 и 7, элементы ИЛИ-НЕ 8 и 9, элементы И 10 и 11, элементы НЕ 12 - 14, элемент 15. задержки, формирователь 16 импульса, сдвиговые регистры 17 и 18, параллельный регистр 19, счетчик 20, элемент И-НЕ 21, компаратор 22, резисторы 23 - 26.

Группа 27 разрядных входов регистра 17 является группой входов устройства для подключения к группе информакоторых являются входами аналоговых сигналов, а выходы соединены с входами 27 устройства.

Временные диаграммы 5/ - 63 (фиг.4) соответствуют сигналам А (вход 48), С (синхронизирующий вход регистра 17), D (информация на выходах регистра 17), S (сигнал на выходе элемента

ционных выходов источника информации, ю 5 задержки), Z (информация на выхоЛинейный выход оптрона 6, объединенный с линейным входом оптрона 7 и шина 28 нулевого потенциала источника питания линии связи соединены соответственно с проводами 29 и 30 линии 3 связи. Линейный выход оптрона Ц соединен с линейным входом оптрона 6, линейный выход оптрона 7 соединен с линейным входом оптрона 5, управляюдах компаратора 22), W (сигнал на входе элемента НЕ 13), Y (информация на выходах регистра 19).

Временные диаграммы 64-72 (фиг. 5) 15 соответствуют сигналу А (вход 48), токам i 0,1 1 в линии 3 связи, сигналам ВО, В1 на выходах Ц7 и 46 блока 2, сигналу С на синхронизирующем входе регистра 17, сигналу Q на выходе младщий вход которого соединен с управля- 20 разряда регистра 17, сигналу W

щим входом оптрона 4 и с шиной 31 нулевого потенциала устройства

Входы питания оптронов 4 и 5 соединены соответственно с выходами элена входе элемента НЕ 13 и сигналу S на выходе элемента 15 задержки.

Сдвиговый регистр 17 работает в двух режимах. При наличии сигнала 1

ментов ИЛИ-НЕ 8 и 9 и через резисторы 25 (напряжения высокого уровня) на режимкоторых являются входами аналоговых сигналов, а выходы соединены с входами 27 устройства.

Временные диаграммы 5/ - 63 (фиг.4) соответствуют сигналам А (вход 48), С (синхронизирующий вход регистра 17), D (информация на выходах регистра 17), S (сигнал на выходе элемента

5 задержки), Z (информация на выходах компаратора 22), W (сигнал на входе элемента НЕ 13), Y (информация на выходах регистра 19).

Временные диаграммы 64-72 (фиг. 5) соответствуют сигналу А (вход 48), токам i 0,1 1 в линии 3 связи, сигналам ВО, В1 на выходах Ц7 и 46 блока 2, сигналу С на синхронизирующем входе регистра 17, сигналу Q на выходе младна входе элемента НЕ 13 и сигналу S на выходе элемента 15 задержки.

Сдвиговый регистр 17 работает в двух режимах. При наличии сигнала 1

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти применение в системах сбора информации. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Цель достигается тем что, в устройство, содержащее четыре оптрона, первый регистр сдвига, два элемента ИЛИ-НЕ, первый элемент И, элемент НЕ, элемент задержки и формирователь импульса, введены второй регистр сдвига, компаратор, параллельный регистр, счетчик, два элемента НЕ, элемент И-НЕ и второй элемент И. Изобретение позволяет сократить длительность сеанса связи ЭВМ с удаленным источником информации за счет исключения из посылки битов, не изменивших значений за время между текущим и предыдущим сеансами связи. Передача информации производства по инициативе и под управлением ЭВМ без привязки к какой-либо синхронизирующей временной последовательности сигналов (в отличие, например, от интерфейса типа ИРПС). ЭВМ периодически размыкает линию связи через оптрон, что воспринимается устройством как команда выдачи очередного бита в линию. Единичный и нулевой биты отличаются направлением тока в линии связи. При обнаружении возможности досрочного окончания сеанса связи устройство сообщает об этом ЭВМ размыканием линии связи. 5 ил. 1 табл.

23 и 25 - с шиной 32 положительного напряжения питания устройства.

Линейный вход оптрона 4 и линейный выход оптрона 5 соединены соответственно через резисторы 24 и 26 с шина ми 33 и 34 положительного и отрицательного напряжения источника питания линии связи.

Блок 2 содержит выпрямительные диоды 35 - 38, защитные диоды 39 и 40, приемные оптроны 41 и 42, передающий оптрон 43, усилитель 44 и резистор 45

Информационные выходы 46 и 47 оптронов 41 и 42 и вход 48 усилителя 44

являются выходами и входом для подклю-40 формацией (0 или 1) в зависимости от чения к информационным входам и выхо- конкретного схемного решения, ду опроса ЭВМ. Выход усилителя 44 со-Параллельный регистр 19 принимает

единен с управляющим входом оптрона 43, вход питания которого через резистор 45 подключен к шине 49 положи- 45 тупления следующего положительного тельного напряжения источника питания фронта этого сигнала. Сдвиговый ре- блока 2, шина 50 которого является шиной нулевой потенциала блока 2.

информацию по положительному фронту сигнала S и хранит ее до момента пос

гистр 18 работает иначе, чем регистр 17- При S 1 регистр 18 транслирует код 7 с входов на выходы. В частности, на выход младшего разряда регистра 18 поступает младший разряд кода Z. Сигнал С при S 1 не влияет на состояние регистра. При переходе сигнала S из 1 в 0 код, который в данный момент транслировался через ре- гистр, запоминается в нем. При S О регистр 18 способен сдвигать информацию вниз (в направлении, указанном стрелкой) по положительным фронтам

Компаратор 22 (фиг. 2) содержит группу 51 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которых являются входами компаратора, а выходы соединены с группой 52 последовательно включенных элментов ИЛИ, выходы которых являются выходами компаратора.

Источники информации (фиг. 3) содержат аналого-цифровые прербра зова- тели (-АЦП) 53 и 54, входы 55 и 56

о

ном входе регистр подготовлен к приему информации (кода X) с разрядных входов 27. Прием производится по положительному фронту сигнала С синхронизации, т.е. при переходе этого сигнала из состояния О (напряжение низкого уровня) в состояние 1. При наличии сигнала О на режимном входе регистр 17 подготовлен к сдвигу ин- j формации на один разряд в направлении, показанном на фиг о 1 стрелкой. Сдвиг производится по положительным фронтам сигнала С. Освободившиеся разряды регистра заполняются произвольной интупления следующего положительного фронта этого сигнала. Сдвиговый ре-

информацию по положительному фронту сигнала S и хранит ее до момента поступления следующего положительного фронта этого сигнала. Сдвиговый ре-

гистр 18 работает иначе, чем регистр 17- При S 1 регистр 18 транслирует код 7 с входов на выходы. В частности, на выход младшего разряда регистра 18 поступает младший разряд кода Z. Сигнал С при S 1 не влияет на состояние регистра. При переходе сигнала S из 1 в 0 код, который в данный момент транслировался через ре- , гистр, запоминается в нем. При S О регистр 18 способен сдвигать информацию вниз (в направлении, указанном стрелкой) по положительным фронтам

сигнала С. Существенно, что освободившиеся разряды регистра 18 заполняются единицами.

Формирователь 16 импульса вырабатывает на выходе отрицательный (по логическому значению) импульс при поступлении на его вход положительного фронта сигнала С. Длительность отрицательного импульса на выходе формиро-ю та светодиодами этих оптронов. Если

20

вателя 16 выбирается большей, чем длительность одного сеанса связи ЭВМ с источником информации (в расчете на наихудший случай).

Элемент 15 задержки предотвращает 5 гонки, которые в его отсутствие могли бы возникнуть при совпадающих или близких по времени сигналах С и S на входах сдвиговых регистров 17 и 18. При поступлении первого (в сеансе связи) положительного фронта сигнала С регистр 17 находится в режиме приема информации и лишь через некоторое время, определяемое параметрами элемента 15 задержки,регистр переключается в режим сдвига по положительным фронтам последующих сигналов.С. Элемент 15 задержки, кроме того, компенсирует время установления истинных сигналов на входах регистра 18.

Элементы ИЛИ-НЕ 8 и 9 и усилитель 44 выполнены по схеме с открытым коллектором (см. обозначения на фи г. 1).

Компаратор 22 (фиг. 1) выполняет функции сравнения кодов D и Y в соответствии с таблицей. Если,например, имеются отличия в старших разрядах нового D и старого Y кодов (первая строка таблицы), то независимо от со- 40 ки линии отношения битов в младших семи разрядах сравниваемых кодов (X в таблице) на выходах компаратора формируются единичные сигналы. Последующие строки таблицы описывают ситуации, при которых имеются совпадающие биты в старших разрядах кодов D и Y. С увеличением числа совпадающих бито в крайний правый 0 в коде Z (признак

светодиод выключен,то на информационном выходе оптрона формируется сигнал 1. Транзисторы передающих оптронов 4,5 и 43 находятся в режиме насыщения (с эквивалентным сопротивлением коллектор - эмиттер порядка 10 Ом), если соответствующий данному транзистору светодиод излучает свет и потенциал коллектора более положителен, чем потенциал эмиттера.

Источники питания U1 и U2 предназ начены соответственно для задания тока 1 (11) и тока О (10) в линии 3 связи при передаме информации к ЭВМ.

25 Эти источники, по существу, представляют собой один источник напряжения со средней точкой 28.

Источник напряжения U3 обеспечивает питание части схемы, непосредствен30 но связанной с источником информации, в том числе питание выходных элементов НЕ (инверторов-) оптронов 6 и 7. Источник 4 напряжения обеспечивает питание части схемы, связанной с ЭВМ, в частности питание выходных элементов НЕ (инверторов) оптронов 41 и 42. . Использование оптронов обеспечивает повышенную помехозащищенность устройства за счет гальванической развяз3 связи с источниками напряжения U3 и U4. Линия 3 связи выполняется витой парой проводов; ее длина может достигать нескольких сотен метров.

Устройство работает следующим образом.

При опросе многих типов источников информации, например цифровых датчиков температуры, поступающие в ЭВМ коды

35

45

размыкания линии 3 связи) продвигает- 5о меняются от сеанса к сеансу связи медся в сторону младших разрядов кода и в конечном счете, при полном совпадении кодов, ZO 0 (последняя строка таблицы).

Двоичный пятиразрядный счетчик 20 подсчитывает число сеансов связи, начиная счет с нуля при переполнении. Прибавление единицы к содержимому счетчика производится после окончапереходе сигна- в сметчике зафикния

ла S из О в 1„ Если сирован код 111112, то срабатывает пятивходовой элемент И-НЕ 21, подключенный к его выходам.

Приемные оптроны 6,7,41 и 42 вырабатывают на своих информационных выводах сигналы О при излучении све0

5

0 ки линии

светодиод выключен,то на информационном выходе оптрона формируется сигнал 1. Транзисторы передающих оптронов 4,5 и 43 находятся в режиме насыщения (с эквивалентным сопротивлением коллектор - эмиттер порядка 10 Ом), если соответствующий данному транзистору светодиод излучает свет и потенциал коллектора более положителен, чем потенциал эмиттера.

Источники питания U1 и U2 предназначены соответственно для задания тока 1 (11) и тока О (10) в линии 3 связи при передаме информации к ЭВМ.

5 Эти источники, по существу, представляют собой один источник напряжения со средней точкой 28.

Источник напряжения U3 обеспечивает питание части схемы, непосредствен0 но связанной с источником информации, в том числе питание выходных элементов НЕ (инверторов-) оптронов 6 и 7. Источник 4 напряжения обеспечивает питание части схемы, связанной с ЭВМ, в частности питание выходных элементов НЕ (инверторов) оптронов 41 и 42. . Использование оптронов обеспечивает повышенную помехозащищенность устройства за счет гальванической развяз3 связи с источниками напряжения U3 и U4. Линия 3 связи выполняется витой парой проводов; ее длина может достигать нескольких сотен метров.

Устройство работает следующим образом.

При опросе многих типов источников информации, например цифровых датчиков температуры, поступающие в ЭВМ коды

5

5

о меняются от сеанса к сеансу связи мед

ленно, во всяком случае, в старших разрядах.Предлагается использовать таг кую инерционность входной информа- ции для уменьшения числа передаваемых в ЭВМ битов.

Устройство работает в режиме полного или сокращенного сеанса связи. Первый характеризуется последовательной асинхронной передачей по линии 3

связи всех битов, считанных с входов 27, второй - передачей группы младших битов, которые претерпели изменения за время между сеансами связи. Чтобы сообщить машине о неизменности оставшихся битов, устройство 1 размыкает линию 3 связи вместо передачи этих битов.

Если новый код полностью совпадает с переданным в предыдущем сеансе, то устройство 1 связи с источником информации отказывается от приглашения со стороны ЭВМ к очередному се- ансу связи, размыкай линию; ЭВМ, в свою очередь, установив факт размыкания линии (ВО В1 1) считает, что

входная информация осталась прежней.

Если новый код отличается от старо

го только в нескольких младших разрядах, то эти разряды передаются по линии 3 связи в блок 2 и далее в ЭВМ обычным путем в виде токовых посылок (10 и 11). Группа старших разрядов, оставшихся неизменными, не передается, так как устройство 1 размыкает линию 3 а ЭВМ, обнаружив размыка

ние, доопределяет значения отсутству

ющих разрядов ранее принятыми значениями .

Сеансы связи, сокращенные в большей или меньшей степени, могут следовать ДРУГ за другом. В частности, устройство 1 может постоянно отказы- ваться от взаимодействия с ЭВМ из-за постоянства входного кода. При этом, однако, в силу разных причин ЭВМ может забыть предысторию (например, если напряжение питания ЭВМ временно отключалось) и не знать, чем доопределять отсутствующее слово или его часть

Для исключения потерь предыстории

в каждом 32-м сеансе связи передается полное слово, даже если оно в точности совпадает с ранее переданным (подсчет сеансов связи ведется счетчиком 20). Это позволяет установить информационный синхронизм между ЭВМ и устройством 1. После включения напряжения питания или в других подобных ситуациях ЭВМ проводит серию опросов источника информации. При этом гарантируется, что в худшем случае при 32-м опросе ЭВМ получит полный код, в котором каждый бит передан

-

0

$

п

5

0

0

5

5

0

в явном виде (0 или 1), без ссылок на предыдущий сеанс связи.

В исходном состоянии А 0 оптрон 3 включен, в линии 3 связи протекает ток 10 или 11 в зависимости от значения сигнала в младшем разряде регистра 17. В момент времени tQ (фиг. Ц) ЭВМ начинает сеанс связи выдачей сигнала А 1„ Ток в линии связи прекращается, поэтому в устройстве 1 формируется сигнал С 1, новая у входная информация запоминается в регистре 17. На выходах компаратора 22 формируется код, который проходит через регистр 18, сигнал младшего разряда регистра 18 принимает установившееся значение (в примере, показанном на фиг. 1, W 1). На фиг. k участки временных диаграмм, соответствующие переходным процессам, заштрихованы.

Сигнал С 1 вызывает формирование нулевого сигнала на выходе элемента 15} по отрицательному фронту которого (момент времени t,,) регистр 18 закрывается по входам и переходит в режим сдвига, а регистр 19 принимает информацию из регистра 17 (эта информация в следующем сеансе связи рассматривается как старая). В момент времени ti ЭВМ формирует сигнал А О, разрешая протекание тока в линии 3 связи.

Далее (Фиг. 5) в период времени tg-t,,0 процесс передачи информации протекает под управлением ЭВМ, которая сигналами А 0 запрашивает очередной бит и считывает ответную реакцию устройства с выходов и 8 (моменты считывания показаны точками). Условие ВО О, В1 1 соответствует передаче О, условие ВО 1, В1 О соответствует передаче 1. Условие ВО В1 1 соответствует размыканию линии 3 связи.

В примере, приведенном на фиг. 1, новый и старый коды совпадают по четырем старшим разрядам (см. строку таблицы, помеченную знаком ), а в третьих разрядах имеются отличия. В результате в регистр 18 заносится код 0001111, который в дальнейшем, по мере сдвига полезной информации в регистре 17, также сдвигается вниз. После передачи в ЭВМ младших разрядов кода X производится очередной сдвиг информации в регистрах 17 и 18, в результате в младший разряд регистра 18 попадает О, размыкающий линию 3

у155

связи (момент времени t«). Сеанс связи при этом заканчивается досрочно, без передачи оставшихся четырех битов кода X (предполагается, что в счетчике 20 присутствует код, отли1-1- ный от кода 11111, который препятствовал бы досрочному окончанию сеанса связи). ЭВМ узнает11 о размыкании пинии 3 связи в момент времени t(1, об- наружив выполнение условия ВО ВТ 1. В момент времени t,- устройство готово к следующему сеансу связи.

После проведения некоторого сеанса связи срабатывает элемент И-НЕ 21, сигнал О с его выхода поступает на вход элемента И 11 и запрещает размыкание линии связи нулевым сигналом младшего разряда регистра 18, если он будет сформирован. Таким образом, по крайней мере каждый 32-й сеанс связи отказывается полным, выполняемым без прерывания тока устройством 1.

В исходном состоянии в регистрах Г/ 19 и счетчике 20 записана произ- вольная информация. Установление правильного начального состояния системы, как отмечалось, производится при выполнении не более 32 циклов чтения кода X. Так как в установившемся режи- ме число следующих друг за другом сокращенных сеансов связи не может превышать 31 ЭВМ способна обнаруживать ошибки, связанные с нарушением этого условия.

На фиг. 3 показан пример подключения двух независимых источников информации к устройству. Аналоговые сигналы Е1 и Е2 от двух температурных датчиков с помощью аналого-цифровых преобразователей 53 и 5 преобразуются в коды х 7, х б,...,х 0 и ,,..., (х 7 и старшие разряды), причем последний вкладывается в первый, в результате образуется код X х 7, , х 6, х 6х О, , который подается на входы 27 регистра 17, разрядность которого в данном примере увеличена до 16. В полученном результирующем коде медленно меняющиеся (старшие) разряды обоих кодов сведены в единую группу, относительно стабильную во времени, что позволяет эффективно использовать сокращенные сеансы связи0

формула изобретения

Устройство для подключения источника информации к двухпроводной линии

.Q

t5 20

25 30

,,- ™

40

5

52Ю

связи, содержащее первый и второй передающие оптроны, первый, второй приемные оптроны, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ, первый элемент И, первый элемент НЕ, элемент задержки, формирователь импульса и первый сдвиговый регистр, группа разрядных входов которого является группой входов устройства для подключения к группе информационных выходов источника информации, линеййыи выход первого приемного оптрона, объединенный с линейным входом второго приемного оптрона, и шине нулевого потенциала источника питания линии связи являются входами- выходами устройства для подключения к первой и второй информационным проводам двухпроводной линии связи, линейный выход первого передающего оптрона соединен с линейным входом первого приемного оптрона, линейный выход второго приемного оптрона соединен с линейным входом второго передающего оптрона, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого передающего оптрона и с шиной нулевого потенциала устройства, входы питания первого и второго передающих опт- ронов соединены соответственно с выходами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, информационные выходы первого и второго приемных оптронов соединены с входами первого элемента И, выход которого соединен с входом синхронизации первого сдвигового регистра и с входом формирователя импульса, выход которого соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с входом режима первого сдвигового регистра, выход младшего разряда первого сдвигового регистра соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и с входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введены второй сдвиговый регистр, компаратор, параллельный регистр, счетчик, второй и третий элементы НЕ, второй элемент И и элемент И-НЕ, причем группа выходов первого сдвигового регистра соединена с группой разрядных входов параллельного регистра и с первой группой входов компаратора, вторая группа входов которого соединена с группой выходов параллельного регистра,группа выходов компаратора соединена с труппои разрядных входов второго сдвигового регистра, выход младшего разряда которого соединен с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИхронизации параллельного регистра и с вторым входом второго элемента И, вход синхронизации второго сдвигового регистра соединен с выходом первого элемента И, вход синхронизации второго сдвигового регистра соединен с выходом первого элемента И, группа выхо дов счетчика соединена с группой вхоНЕ, выход элемента задержки соединен

с входом режима второго сдвигового pe-jQ дов элемента И-НЕ, выход которого-сое

гистра, с входом синхронизации счет- динен с третьим входом второго элемен

чика и с входом третьего элемента НЕ, та И.

выход которого соединен с входом синхронизации параллельного регистра и с вторым входом второго элемента И, вход синхронизации второго сдвигового регистра соединен с выходом первого элемента И, вход синхронизации второго сдвигового регистра соединен с выходом первого элемента И, группа выходов счетчика соединена с группой

к,г

CNl LA ГЛ

СП LA LA

J

4j

f

J

i§

г§

А С D S Z W

ФиеЛ

tgtf tz ID is tt tr ta tg tip tfl

II

57

58 5Q

60 61

62 63