Многоканальное устройство для ввода-вывода аналоговой информации Советский патент 1990 года по МПК G06F3/00 

Изобретение относится к автоматике и.вычислительной технике и может быть использовано в системах сбора информации для приема сигналов от датчиков аналоговой информации и выдачи аналоговых сигналов в виде относительного значения напряжения.

Цель изобретения - упрощение устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема блока сопряжения, пример исполнения; на фиг. 3 - схема первого коммутатора, пример исполнения; на фиг. 4 - алгоритм работы устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) с первого по четвертый коммутаторы 1-4, инвертор 5, блок 6 памяти, цифроана- логовый преобразователь (ЦАП) 7,усилитель. 8, компаратор 9, блок 10 сопряжения, блок 11 управления, арифметико-логический блок 12, регистр 13 и умножитель 14. На фиг. 1 также обозначены вход 15 опорного напряжения устройства и элементы 16 и 17 ЦАП 7.

ЦАП 7 может быть реализован на БИС ЦАП серии 572. В этом случае первый вход ЦАП является входом обратной связи БИС, второй вход ЦАП является входом опорного напряжения БИС, а входы группы ЦАП - цифровыми входами БИС.

Блок 10 (фиг.2) может быть реализован на БИС контроллера протокола 588ВП и БИС приемопередатчиков 588ВА1, блок 11 - на БИС 538ВУ2, блок 12 - на БИС 583ВС2, умножитель 14 - на БИС 533ВР1 в стандартном включении,

О1

о

4Ь

О

э

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства осуществляется под управлением микропрограммного блока 11 управления, реализующего алгоритм работы устройства, блок- схема которого приведена на фиг. 4.

Разрядность микрокоманды, формиру- емон бл.оком 11, определяется блоком ,12 и составляет 12 разрядов для 588ВС2, а разряд микрокоманды блока 11 управления - 5 разрядов для 588ВГ1 , что составляет часть разрядности мик- рокоманды. Оставшиеся свободными разряды микрокоманды подключены к входам данных регистра 13, выходы которого являются внутренними сигналами управления устройством. Блок 11 формирует два сигнала сопровождения (строба) микрокоманды: первый, поступающий на блок 12, и второй, поступающий на управляющий вход блока 10 и вход управления регистра 13, обеспечивающие запись микрокоманды в соответствующие регистры этих блоков, поэтому сигналы на выходе регистра 13 могут изменяться только при обращении к блоку 10, т.е. по микрокомандам, сопровождаемым стробом на выходе управления блока 11. В микрокомандах обращения к блоку 12 и к блоку 10 блок 11 выполняет переход к следующей микрокоманде, а ветвление микропрограммы происходит по результату анализа сигналов, поступающих на вход признаков блока 11, Такими признаками являются выходы признаков блока 12 и выход компаратора 9.

Реализация задачи аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований включает в себя последовательное исполнение следующих процессов:

1.линейное преобразование знало-

говых сигналов в цифровой код, цифровое функциональное преоб- разование кода (для функционального канала), запись в системное ЗУ резуль- тата преобразования;

2,считывание данных из системного

ЗУ для преобразования в аналоговые сигналы,

цифровое функциональное преобразование данных (для функционального канала), линейное цифроаналоговое преобразование.

5 0

5

0

5

Таким образом, в устройстве последовательно протекают процессы линейного аналогового преобразования, функционального цифрового преобразования и обмена данными с системным ЗУ в режиме прямого доступа.

При аналого-цифровом преобразовании сигнал с первого выхода регистра 13 подключает через коммутатор 2 и коммутатор 1 сигналы выбранного канала на входы коммутатора 3. Данные с информационных выходов блока 12 поступают на управляющие входы коммутатора 3 и ЦАП 7. Аналого-цифровое преобразование производится методом последовательного уравновешивания. При этом функцию регистра последовательного приближения выполняет блок 12, управляющий через выходы проводимостью ПАП 7.

Сигнал усилителя 0- рассогласования через компаратор 9 поступает на вход признаков блока 11 и обеспечивает управление (ветвление) исполняемой микропрограммы преобразования.

Старшие разряды информационных выходов блока 12 выполняют функцию линий управления коммутатором 3. В первых двух тактах преобразования последовательно определяются знаки обоих входных сигналов (что соответствует для углового параметра знакам синуса и косинуса). Для этого на вход усилителя 8 через ДАЛ 7 (элемент 16 единичной проводимости) коммутатор 3 под управлением блока 12 подключает последовательно первую и вторую линии входного аналогового сигнала. Проводимость элемента 17 ЦАП 7, определяемая кодом на входах группы ЦАП 7, устанавливается равной нулю. При этом знаки входных напряжений определяются по состоянию выхода компаратора 9,

Затем определяется взаимное соотношение величин сигналов в линиях входного канала. Для этого сигналы с учетом знаков, определенных ранее, подключаются на вход усилителя 8 через элементы 16 и 17, проводимость элемента 17 устанавливается равной единице. В случае равенства знаков напряжений на линиях сигнал на вход элемента 16 подключается через аналоговый инвертор 5. Соотношение величин сигналов определяется состоянием выхода компаратора 9.

Таким образом, определены три старших (знаковых) разряда кода. С учетом

51564606

знаков и соотношения уровней сигналов входные линии подключаются к усилителю 8 так, чтобы меньший по уровню был подключен через элемент 16, а больший - чере§ элемент 17 ЦАП 7.

Затем на информационных выходах 0лока 12 последовательно устанавливаются разряды кода, соответствующие проводимости элемента 17 1/2, 1/4, 1/3 и т.д. По состоянию компаратора 9 с учетом трех старших разрядов кода оставляется или снимается соответствующий разряд кода. Таким образом, речультат преобразования, соответствующий линейному отношению входных напряжений, образуется в блоке 12, управляющем элементом 17. Для входных линейных параметров, представляющих собой отношение напряжений, этот результат является окончательным, для функциональных параметров требуется дополнительное преобразование. Так, для входного углового параметра передаваемого в виде напряжения, пропорционального синусу и косинусу угла, результат преобразования X sinA/cosA TanA, что, очевидно, требует вычисление функции арктангенса аргумента.

При цифроаналоговом преобразовании сигнал с первого выхода регистра 13 переключает коммутатор 2 в режим декодирования, при этом на вход усилителя 8 через элемент 17 поступает опорное напряжение с входа 15, а через элемент 16 - сигнал рассогласования с выхода усилителя 8. При этом за счет обратной связи по сигналу рассогласования на выходе усилителя 8 устанавливается напряжение UBUX ucn X, где uon- опорное напряжение на входе 15; X - проводимость элемента 17, определяемая кодом на входах управления ЦАП 7.

Для управления знаком выходного напряжения опорное напряжение на вход элемента 17 может подаваться через аналоговый инвертор 5. Управление коммутаторами 3 и 4 осуществляется по управляющим входам, подключенным к информационным выходам старших разрядов блока 12. Сигнал с второго выхода регистра 13 разрешает запись в выбранный канал многоканального блока 6 памяти преобразованного сигнала и опорного напряжения для их хранения.

0

5

0

5

Для функционального выходного канала информация| принятая из системного ЗУ, подвергается цифровому функциональному преобразованию перед осуществлением линейного цифроанало- гового преобразования. Так, для угловых параметров код угла А, считанный из ЗУ, преобразуется в ТапА и после линейного преобразования на одной из линий формируется напряжение uon. a на другой - напряжение и, ТапА.

Функциональное цифровое преобразование осуществляется вычислением функции через степенной ряд. Для повышения точности и сокращения времени вычислений в состав устройства введен умножитель 14. Управление работой умножителя осуществляется регистром 13, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к входам записи, чтения и адреса умножителя .

Данные, полученные в результате преобразования аналоговой величины выбранного входного канала, записываются в системное ЗУ, а данные, считанные из ЗУ и преобразованные в аналоговую величину, через блок Ь памяти поступают к аналоговым приемникам.

Оо -,ен данными с вычислительной системой производится в режиме прямого доступа к системной памяти, что исключает необходимость программного служебного обмена с устройством.

Для этого в блоке 12 формируются и модифицируются при каждом обращении к ЗУ системные адреса входных и выходных параметров. В цикле ввода системный адрес через информационные выходы и приемопередатчик блока 10 передается в системную шину, а данные из ЗУ, поступающие по системной шине, через приемопередатчик вводятся в блок 12 и используются для последующего преобразования, В цикле вывода адрес передается аналогично описанному, а результат преобразования передается через приемопередатчик в системную 0 шину. Синхронизация обмена по системной шине по выдаче из блока 12 адресов обмена и приему (выдаче) данных из блока 12 осуществляется блоком 10, управляемым блоком 11. Интерфейс обмена по системной шине соответствует МНИ ГОСТ 26765.51-36. Формула изобретения

Многоканальное устройство для ввода-вывода аналоговой информации, со0

5

0

5

5

держащее блок управления, блок памяти , блок сопряжения, четыре коммутатора, цифроаналоговый преобразователь усилитель, компаратор, инвертор, вхо- ды первого коммутатора являйся ана- оговыми входами устройства, выходы Первого коммутатора соединены с первым и вторым входами второго коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами третьего и четвертого коммутаторов, первый выход второго Коммутатора соединен через инвертор 4 третьими входами третьего и четвер- т|ого коммутаторов, выходы четвертого к|оммутатора соединены с информационными входами блока памяти, выходы которого являются аналоговыми выходами устройства, первый выход третьего коммутатора соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом компаратора и третьим входом второго коммутатора, четвертый вход которого является входом опорного напряжения устройства, первая группа входов-выходов блока сопряжения является информационными входами-выхода- ми устройства, вторая группа входов- выходов блока сопряжения является входами-выходами управления устройства, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в

0 5

0

5

него введены арифметико-логический блок, умножитель, регистр, выходы микрокоманд блока управления соединены с информационными входами арифметико-логического блока, группа выходов блока управления соединена с входами управления арифметико-логического блока, группой входов управления блока сопряжения и с информационными входами регистра, выход блока управления соединен с входами управления регистра и блока сопряжения, выходы признаков арифметико-логического блока и выход компаратора соединены с входами признаков блока управления, . информационные входы-выходы арифметико-логического блока соединены с информационными входами-выходами блока сопряжения и умножителя, с управляющими входами третьего и четвертого коммутаторов и с входами группы информационного преобразователя, первый выход регистра соединен с управляющим входом второго коммутатора, второй и третий выходы регистра соединены соответственно с входами записи и чтения умножителя, выходы первой группы регистра соединены с адресными входами блока памяти, выходы второй группы регистра соединены с адресными входами умножителя, второй выход третьего коммутатора соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя.

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных комплексах, системах сбора данных и других устройствах подобного назначения для связи с линейными и функциональными датчиками и приемниками аналоговых сигналов. Целью изобретения является упрощение устройства. Цель достигается за счет введения в устройство арифметико-логического блока, регистра, аппаратного умножителя и нестандартного включения цифроаналогового преобразователя. Новая структура позволяет совместить в арифметико-логическом блоке функции преобразования и регистра последовательного приближения при аналого-цифровом преобразовании, совместно с умножителем - функции функционального преобразования и функции контроллера ПДП при обмене с системным ЗУ. 4 ил.

Фаг.1

1 гпф

г#

JOHft/П UJJflJ

а

909V9SI

С Начало )

Формиробание начальных адресоб

Чтение данных для декодиробания

Нет

Декодирование

Нет

Записи результата кодирования

Формирование следующих адресоб обращения

Нет

12

Конечныё. Да дреса массива J5K