Устройство для ввода информации Советский патент 1993 года по МПК G06F3/05 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для сбора и первичной обработки информации, формируемой датчиками аналогового типа.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема ЭВМ с отображением тех ее элементов, которые необходимы для пояснения принципа действия устройства; на фиг.З - временная диаграмма включения его схемных элементов при формировании измерительной информации.

Устройство содержит (фиг.1) датчики 1- 1, 1-2.,.,1-п, посредством которых измеряемые параметры преобразуются в электрические сигналы аналоговой формы, коммутатор 2, АЦП 3, первый 4 и второй 5 элементы И, D-триггер 6, элемент 7 задержки, генератор 8 тактовых импульсов, блок 9 оперативной памяти, первый элемент ИЛИ 10, третий 11 и четвертый 12 элементы И и

счетчик 13 импульсов. Позицией 14 обозначены информационные входы-выходы устройства. Они соединены с шиной данных ЭВМ 15, а ее выходы CSi...CS4 обращения к внешней памяти и управления записью WE подключены соответственно к управляющим входам устройства.

Если перед включением устройства в режим формирования измерительной информации в блок 9 оперативной памяти предполагается загружать несколько программ опроса датчиков 1-1...1-п, то оно дополнительно содержит регистр 16 и второй элемент ИЛИ 17.

В состав ЭВМ 15 входят (фиг.2) микропроцессор 18, блок 19 постоянной памяти, ОЗУ 20 и дешифратор 21 кода адреса, причем микропроцессор в упрощенном виде содержит арифметическо-логическое устройство 22, аккумулятор 23, устройство 24 управления, дешифратор 25 кода операций, регистр 26 команд, регистры 27 общего назначения (В, С, D, Е, Н, L), регистр 28 адреса,

со

С

00

о о

ел ю

буфер 29 данных, внутреннюю шину 30 данных и шину 31 адреса.

Дешифратор 21 предназначен для формирования команд обращения микропроцессора 18 к устройствам внешней памяти, к которым в данном случае относятся блок 19 постоянной памяти, ОЗУ 20, блок 9 оперативной памяти. АЦП 3 и регистр 16. На входы этого дешифратора подключены старшие разряды шины 31 адреса, например А15, АН и А13.

Схема устройства составлена применительно к АЦП типа К1108ПВ1 с внешним тактированием (Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник под ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990, с.437, рис. 5.143). Цикл преобразования аналогового сигнала в цифровой код (время измерения ТИзм) реализуется за 12 импульсов тактовой частоты fr. Он одинаков для всех датчиков, а его длительность несколько меньше периода Т0пр опроса АЦП 3 со стороны ЭВМ 15 и записи выделенной при этом информации в ОЗУ 20. Элемент предназначен для задержки посылки тактовых импульсов fT в АЦП 3 на время, необходимое для гарантированного срабатывания схемных элементов 11, 9 и 2.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянииО-триггер 6, счетчик 13 и регистр 16 обнулены, элемент И 5 закрыт. Блок 9 оперативной памяти содержит, например, произвольную информацию, электрические сигналы на его выходах отсутствуют. На всех управляющих входах устройства, его входе WE управления записью, инверсном выходе D-триггера 6 и на выходе готовности данных АЦП 3 установлены сигналы высокого уровня (логические 1), которые удерживают в открытом состоянии элементы 4, 10-12 и 17. В ЭВМ 15 все ячейки памяти ОЗУ 20 обнулены, а в блок 19 загружены данные, относящиеся к составу всех рабочих вариантов опроса датчиков 1- 1.,.1-п, их количеству в каждой опрашиваемой группе, программе считывания информативных сигналов с шины 14 в оперативную память ЭВМ и другие сообщения, необходимые для ее правильного функционирования.

Для включения устройства в режим формирования измерительной информации микропроцессор 18 получает на регистровую пару DE код начального адреса блока 19, начиная с которого в его ячейках памяти записаны данные, относящиеся к количеству и порядковым номерам тех датчиков 1- 1...1-П, которые должны подключаться к АЦП 3 в данном измерительном цикле

(табл.1), а на регистр Н - код старшей части адреса обращения к блоку 9 оперативной памяти (разряды А15, А14 и А13). Затем микропроцессор 18 переписывает содержимое

этого раздела памяти блока 19 в блок 9, причем адресы его ячеек памяти, из которых выводится информация, определяются текущими значениями кода регистровой пары DE, увеличиваемыми на единицу после каж0 дого обращения к блоку 19.

Последовательность операций, выполняемых микропроцессором 18 при загрузке блока 9 и формировании измерительной информации, указана в табл.2; Их суть сводит5 ся к следующему.

Содержимое первых ячеек памяти блока 19, соответствующее числу j датчиков в опрашиваемой группе, переписывается в регистр В. На его базе организуется про0 граммный счетчик окончания цикла загрузки блока 9. Содержимое его последующих j ячеек памяти (коды чисел 001, 002, 005, 008 и т.д.) через аккумулятор 23, буфер 29 данных и шину 14 считывается в блок 9 по адре5 сам, устанавливаемым счетчиком 13. Последний переключается в момент снятия команд CS2, которые формируются дешифратором 21 адреса при подаче на его вход управляющего кода из регистра Н, Запись

0 данных в блок 9 осуществляется сигналами активно низкого уровня, возбуждаемыми на входе WE устройства и поступающими на вход разрешения записи блока 9 через элемент ИЛИ 10. По выполнению этих опера5 ций микропроцессор 18 уменьшает на единицу содержимое регистра В, а его оставшуюся часть сравнивает с нулевой уста- вкой. Если она не равна нулю, то загрузка блока 9 продолжается, а если (В) 0, то

0 включается программа опроса датчиков и записи полученной измерительной информации в ОЗУ 20. А именно:

- первой формируется команда С5з обращения к 3-му управляющему входу уст- 5 ройства, которая через элемент И 12 поступает на вход обнуления счетчика 13 и второй вход элемента И 4;

- по этой команде счетчик 13 возвращается в исходное состояние, а элемент И 4 0 закрывается, устанавливая на своем выходе сигнал низкого уровня (момент времени п на диаграмме фиг.З);

- при снятии команды С5з (момент времени t2) D-триггер 6 переводится в единич- 5 ное состояние, задействуя в работу элемент задержки 7 и устанавливая сигнал активно низкого уровня (через элемент И 11) на входе выбора кристаллов блока 9;

- на выходе этого блока считывается адресный код КОД 001, хранящийся в его

нулевых ячейках памяти, по которому коммутатор 2 подсоединяет к информационному входу АЦП 3 выход датчика 1-1;

- через интервал времени, равный настройке элемента 7 задержки и достаточный для устойчивого срабатывания схемных, элементов 11,9,2, открывается элемент И 5 и импульсы напряжения, вырабатываемые генератором 8, начинают поступать на тактирующий вход АЦП 3, организуя преобразование аналогового сигнала датчика 1-1 в информационный код 1-1;

- одновременно с этим микропроцессор 18 записывает в свои регистры DE код начального адреса ОЗУ 20, начиная с которого последний будет заполняться измерительной информацией, а затем записывает в регистр Н код старшей части адреса обращения к АЦП 3 и в регистр С - код числа j датчиков в опрашиваемой группе для организации счетчика окончания измерительного цикла;1

- в момент времени t3 преобразование аналогового сигнала в информационный код заканчивается и на выходе готовности данных АЦП 3 формируется импульсный сигнал активно низкого уровня, по которому D-триггер 6 возвращается в исходное состояние, закрывая элемент И 5 и восстанавливая единичный сигнал на выходе элемента И 11;

- электрические сигналы с выходов блока 9 снимаются, а в счетчик 13 записывается первая единица;

- в момент времени t4 микропроцессор 18 формирует первую команду CSi обращения к АЦП 3, по которой закрывается элемент И 4, а на шину 14 выводится информационный код 1-1, считываемый в ОЗУ 20 по начальному адресу, записанному ранее в регистровую пару DE; - при снятии управляющей команды CSi на выходе элемента И 4 восстанавливается сигнал высокого уровня, D-триггер 6 вновь переводится в единичное состояние, закрывая элемент И 11, вследствие чего на выходы блока 9 выводится адресный код KOD 002, хранящийся в его ячейках памяти с порядковым номером ...001, и начинается новый цикл преобразования аналогового сигнала в информационный код KOD 1-2, который заканчивается его записью в ОЗУ 20 по адресу, указанному в регистровой паре DE и увеличенному относительно начального на 1.

Аналогичным образом выделяются и вводятся в ОЗУ 20 информационные коды датчиков 1-5,1-8,1-11..., 1-п, причем после каждого обращения к АЦП 3 микропроцессор 18 уменьшает на 1 содержимое регистра

С, и когда оно считывается до нуля, вновь запускает программу формирования изме- рительной информации, начиная с выдачи команды СЗз обращения к 3-му управляю5 щему входу устройства (операция 10).

Для изменения программы опроса датчиков 1-1...1-п микропроцессор 18, вместо очередной команды CSi обращения к АЦП 3 формирует команду STA ADR CS4, адресуе10 мую на 4-й управляющий вход устройства для обнуления счетчика 13, а затем переписывает из соответствующего раздела памяти блока 19 в блок 9 новые данные, касающиеся кодовых обозначений тех дат15 чиков, которые должны формировать информацию в очередном измерительном цикле. Последовательность загрузки блока 9 аналогична указанному в табл.2.

Быстродействие устройства при пере- 0 ключении программ опроса датчиков может быть повышено, если в его составе предусмотреть регистр 16 и элемент ИЛИ 17. В этом случае в блок 9 предварительно загружают данные, касающиеся формирования

5 нескольких информационных потоков, необходимость в которых может возникнуть в планируемом цикле технологических операций. Для каждого из этих потоков в блоке 9 выделяется определенная область памяти,

0 задаваемая кодом базового адреса, устанавливаемым с помощью регистра 16 на старших адресных разрядах блока 9. После запуска программы формирования измерительной информации микропроцессор 18

5 выводит на шину 14 код базового адреса того информационного потока, который необходим в данный момент времени, и командами STA ADR CS4, WE считывает его в регистр 16. Затем он реализует саму про0 грамму опроса датчиков, начиная с операции 10, и записывает получаемые при этом информационные коды в ОЗУ 20. Для изменения информационного потока в регистр 16 достаточно записать код нового базового

45 адреса блока 9 и вновь запустить программу опроса датчиков.

Программа обработки измерительной информации в данной заявке не обрабатывается как не имеющая непосредственного

50 отношения к предлагаемому техническому решению. Она может включаться в работу либо одновременно с заполнением ОЗУ 20, либо по завершению определенного числа циклов опроса аналоговых датчиков

55 1-1.„1-п.

Таким образом, предлагаемое устройство предусматривает циклический опрос только лишь тех датчиков, которые формируют в данный момент времени полезную информацию, что позволяет свести к минимуму длительность измерительного цикла и тем самым повысить быстродействие устройства. Кроме того существенно увеличена производительность ЭВМ, так как ее рабочая программа не содержит сведений о составе и необходимой последовательности опроса датчиков, а вывод на шину данных и запись в ее оперативную память каждого нового информационного кадра практически осуществляется одной командой - командой обращения к АЦП, считываемой на старшие разряды шины адреса с одного из регистров общего назначения микропроцессора ЭВМ.

Следует отметить, что преимущества данного устройства будут тем заметнее, чем большее количество датчиков входит в состав контролируемого объекта.

Технико-экономический эффект от использования данного предложения заключается в улучшении технических характеристик средств вычислительной техники и возможности создания более совершенных устройств сбора и первичной обработки измерительной информации, формируемой датчиками аналогового типа.

Формула изобретения

1. Устройство для ввода информации, содержащее коммутатор, аналого-цифро- вой преобразователь, блок оперативной памяти, счетчик импульсов, D-триггер, генератор тактовых импульсов, первый элемент ИЛИ, информационные входы коммутатора являются информационными входами устройства, выход коммутатора соединен с информационным входом ана- лого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока оперативной памяти, выходы счетчика импульсов соединены с адресными входами первой группы блока оперативной памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены четыре элемента И и элемент задержки, первый вход первого элемента И и вход разрешения считывания аналОго-цифро- вого преобразователя являются первым управляющим входом устройства, информационные входы блока оперативной памяти являются информационными входами- выходами устройства, выход первого элемента И соединен с синхровходом Dтриггера, вход сброса которого соединен с выходом готовности данных аналого-цифро- вого преобразователя, информационный вход D-триггера подключен к шине логической единицы устройства, „первые входы

первого элемента ИЛИ и третьего элемента И являются вторым управляющим входом устройства, первый вход четвертого элемента И и второй вход первого элемента И являются третьим управляющим входом

устройства, второй вход четвертого элемента И является четвертым управляющим входом устройства, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом разрешения записи блока оперативной памяти, второй вход

первого элемента ИЛИ является входом записи устройства, выход третьего элемента И соединен с входом выборки блока оперативной памяти и счетным входом счетчика импульсов, вход сброса которого соединен с

выходом четвертого элемента И, выходы блока оперативной памяти соединены с адресными входами коммутатора прямой выход D-триггера через элемент задержки соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход второго элемента И соединен с синхронизирующим входом аналого-цифрового преобразователя, инверсный выход D-триггера

соединен с вторым входом третьего элемента И.

2.Устройство по п.1,отличающееся тем, что, с целью сокращения времени переключения программ опроса датчиков, оно

дополнительно содержит регистр и второй элемент ИЛИ, входы которого подключены к второму входу первого элемента ИЛИ и второму входу четвертого элемента И, информационные входы регистра соединены с

информационными входами блока оперативной памяти, а выходы - с адресными входами второй группы блока оперативной памяти, выход элемента ИЛИ соединен с входом разрешения записи регистра.

Таблица 1

Использование: сбор и первичная обработка информации, формируемой датчиками аналогового типа. Сущность: устройство содержит N датчиков, один коммутатор, один аналого-цифровой преобразователь, четыре элемента И, два элемента ИЛИ, один D-триггер, один элемент задержки, один генератор тактовых импульсов, один счетчик импульсов, один блок оперативной памяти, один регистр, одну ЭВМ. 3 ил. //у ; f

Таблица

обращения к АЦП 3

11

№

операции

Мнемокод

13 4 MVIC, KODj

LOOPS MOV A, M

STAX.D INX D DCR С INZ LOOP3

IMP LOOP2

180045212 Продолжение табл. г

Комментарий

Записать в регистр С код числа j опрашивает мых Датчиков

Идентифицировать цикл опроса датчиков

Выдать команду обращения к АЦП 3 и записать выделенный на шину 1А информационный код в аккумулятор 23

Переписать содержимое аккумулятора в ОЗУ 20 Увеличить на 1 содержимое регистров DE Уменьшить на 1 содержимое регистра С

Если содержимое регистра С не стало равным нулю, то повторить цикл обращения к АЦП 3

Если (С)0, то индифицировать программу формирования измерительной информации (с операции 10)