Измеритель аналоговых сигналов

(51)5 С ГОСУДАРСТВЕННЫГ 10 ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГННТ СССР ОЧИТЕТОТНРЫТИЯ(56) Авторское свидетельство СССР У 485458, кл. С 06 Р 15/46, 1979.Авторское свидетельство СССР У 1410280, кл . С 06 Р 15/46, 1978. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АНАЛОГОВЫХ СИГЙАЛОВ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для одновременного измерения, запоминания и анализа различных параметров объекта. Цель изобретения " расширение области применения. Измеритель содержит,блок компараторон 1, регистры с первого по четвертый 25, первый блокключей 6, регистр связи 7, цифровойкомпаратор 8, первый мультиплексор 9преобразователь кодов 10, блок счетчиков 11, блок распределения 12, генератор тактовых импульсов 13, второимультиплексор 14, шинные формирова"тели сигналов 15, дешифратор адресов 16, узел начального пуска 17, ре"гистры управления 18, блок внутренних прерываний 19, второй блок ключей 20, цифроаналоговый преобразователь 21, блок постоянной памяти 22,формирователь адресов 23, блок прямого доступа к памяти 24, блок оперативной памяти 25, блок связи 26,блок управления 27, блок внешних прерываний 28, 7 ил..У. кто .Лисин ректор Т, Палий Заказ 3144ВНИИПИ Госуда 6 П ое КНТ СЧСР митета по изоб сква, Ж, Ра тениям и открытия ская наб., д, 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул арина, 10 ФзЮ12ц,У И 1 Ю Ю 18 Р.9Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для одновременного измерения, запоминания и анализаразличных параметров объекта11 ель изобретения - расширениеобласти применения устройства засчет произвольного порядка опросааналоговых сигналов, изменения способа измерения .и обеспечения прогнозирования состояния объекта контроля,На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг.2 - схема блока связи;на фиг.3 - схема блока управления;на фиг.4 - схема блока прямого доступа; на фиг.5 - схема блока внешнихпрерываний; на фиг.б - схема блокавнутренних прерываний; на фиг.7схема блока начального пуска.20На фиг.1 приняты следующие обозна-чения: блок 1 компараторов; регистрыс первого по четвертый 2-5 (в соответствии с количеством каналов); первый блок ключей б; регистры 7 связи с блоком распределения и анализа данных; цифровой компаратор 8, первый мультиплексор 9; преобразователь 10 кодов сигнала в двенадцатиразрядный код; блок счетчиков 11; блок 12 распределения и анализа данных; генератор 13 тактовых импульсов; второй мультиплексор 14; шинные формирователи 15 сигналов; дешифратор 16 адресов; узел 17 начального пуска; регистры 18 управления; блок 19 внутренних прерываний; второй блок 20 ключей, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 21; блок 22 постоянной памяти констант и программ, формирователь 23 адресов; блок 24 прямого доступа к памяти; блок 25 оперативной памяти данных; блок 26 связи с ЭВИ; блок 27 управления, блок 28 ., внешних прерываний.45На фиг,2 приняты следующие обозначения: первые двухнаправленные шинные усилители 29; управляющий узел 30 постоянной памяти; элемент 31 задержки; элемент И 32; с первого по50 четвертый буферные усилители 33-36, вторые двунаправленные шинные усилители 37.На фиг,3 приняты следующие обозначения: двунаправленный шинный усилитель 38; узел 39 связи; дешифратор55 40 адреса; регистр 41 защелка; узел 42 управляющей памяти; с первого по третий элементы ИЛИ 43-45; элемент И 46; буферный усилитель 47; элемент48 задержки,На фиг.4 приняты следующие обозначения: элемент И 49, первый усилитель инвертор 50; первый элементИ 51; второй усилитель инвертор 52;второй элемент И 53; триггер 54.На фиг.5 приняты следующие обозначения: первый триггер 55; узел56 памяти векторов прерываний, второй триггер 57; элемент ИЛИ 58; спервого и третий элементы И 59-61.На фиг.б приняты следующие обозначения: узел 62 векторов прерывания,элемент ИЛИ 63; первый триггер 64;первый и второй элементы И 65, 66;второй триггер 67; третий и четвертый элементы И 68, 69.На фиг.7 приняты следующие обозначения: задатчик 70 сигналов начального пуска; элемент И 71,Устройство работает следующим образом.Измеренные сигналы поступают наблок. 1 компараторов. Количество компараторов соответствует необходимому количеству измеряемых каналовБлок 1 компараторов в данной реализации состоит из четырех секций по16 двухканальных компараторов в каждой. Таким образом, данный блок позволяет анализировать 128 аналоговыхсигналов.Так как двухканальный компаратор,состоит из двух отдельных компараторов с одним общим выходом и линиями(сигналами) стробирования, то длявыбора одной или другой группы компараторов одноименные линии стробирования всех компараторов .отделяютсги подсоединяются к соответствующим .линиям выбора блока регистров 18 управления (селекции адресов).К выходу блока компараторов 1 подключены четыре блока 2-5 входных регистров, в которых при необходимостификсируется состояние компараторовблока 1. Регистры блоков имеют выходы с "третьим состоянием", что позволяет объединить их в одну шестнадцатиразрядную шину данных.Блок ключей 6 передает данные сшины, полученной объединением выходов блоков регистров 2-5, на шинуданных центрального процессора системы. Для передачи состояния компараторов той или иной секции в блок 12распределения и анализа данных с по 5 . 59 мощью блока 16 селекции адресов одновременно инициируется один из бло- . ков регистров 2-5 и первый ключ 6.С шины данных блоков 2-5 информация поступает также на вход блока цифрового компаратора 8, который анализирует состояние одной из секций компараторов. Данный блок состоит из двух микросхем ПЗУ, на адресные входы которых подаются 16 выходных , сигналов выбранной секции входных компараторов, а информация в этих микросхемах зашита" так, что при этом на их выходы в зависимости от режима работы появляются коды количества сработавших в данной группе компараторов, а также код номера "старшего" сработавшего компаратора, что необходимо в некоторых процедурах контроля объекта. Режим работы компаратора 8 задается с помощью двух линий ("ПР" и "Режим" ), которые соединены с блоком регистров 18 управления.С выходов микросхем ППЗУ блока 8 данные (результат анализа блока 8) поступают в регистр 7 связи, имеющий выходы с "третьим состоянием", подключенные к "младшей" половине шины данных блока 12. Таким образом, для ввода анализа состояния требуемой секции входных компараторов блок 12 с помощью дешифратора 16 адресов инициирует одновременно регистр 7 связи и один из входных регистров 2-5. Применение блоков 7 и 8 позволяет аппаратно оценить состояние входных сигналов, что в некоторых процедурах дает существенный выигрыш во времени по сравнению с полностью программной оценкой состояния входов.С шины данных блоков 2-5 данные подаются также на входы мультиплексора 9 (16-1). С его помощью осуществляется коммутация одного из компараторов в одной их (нужной) секции на вход преобразователя 10 сигнала в двенадцатиразрядный код. Это необходимо в процедуре измерения значения аналогового сигнала. На адресные входы мультиплексора подается код номера измеряемого канала из блоков регистра 18 управления.Преобразователь 10 осуществляет преобразование кода величины аналогового сигнала в предварительно выбранном канале (с помощью регистров 2-5) и мультиплексора 9 в цифровой45 50 55 регистр для временного хранения результата измерения в -ом канале, пока блок 12 через шинные формирователи 15 сигналов не считает значение 1-го канапа. Преобразователь 10 в это время занят преобразованием следующего х+1 канала.Блок счетчиков 11 кроме указанной (вспомогательной) функции, выполняет также роль буферного регистра передачи данных из блока 12 в блок ЦАП 21 (через блок шинных преобразователей 15 на вход блока счетчиков 11, а с его выхода - через мультиплексор 14 на вход ЦАП 21),Это дает возможность непосредственно блоку 12 формировать опорное напря 9869 6двенадцатираэрядный двоичный код.Управляется преобразователь с помощью двух линий "Пуск" и "Цикл,н." от,блоков регистра 18 управления., Импульс на линии "Пуск" допускает процесс преобразования, а сигнал низкого уровня на линии "Цикл.н." разрешает циклическое повторение преобразования, что необходимо в процедуре контроля с переопросом, Длянормальной работы преобразователя10 на его вход "С" от генератора 13тактовых импульсов подается сннхронизирующая последовательность импульсов.Аналого-цифровое преобразованиеосуществляют с помощью цифроаналогового преобразователя 21, на вход ко О торого цифровой код от преобразователя 10 поступает через мультиплексор 14 (12 х (2 - 3 1. Мультиплексор 14, через который осуществляетсясвязь ЦАП 21 с выходом преобраэова теля 10 в режиме измерения аналогового сигнала -го канала, кроме того,служит для коммутации выходов блокасчетчиков 11 на вход блока ЦАП 21,а также на вход второго ключа 20,Управляется мультиплексор одной линией от регистров 18 управления. Взависимости от уровня на этой линиион соединяет блоки 20-21 или с РПП10, или с блоком счетчиков 11.Буферный усилитель при несбходимости соединяет через мультиплексор14, выход преобразователя 10 с входом блока счетчиков 11. Это требуется в процедуре измерения величинысигнала в нескольких каналах последовательно. В этом случае блок счетчиков 11 используется как буферныйавтономном режиме блок 12 с помощьюимеющихся соответствующих блоков может унравлять различным регистрирующим и исполнительным оборудованием.Блок состоит из 16-разрядного микропроцессора, триггеров временной коррекции входных сигналов управленияи цепей сброса и аварии питанияТоковые импульсы частотой 4,75 МГц поступают из генератора 13 тактовых 50 жение на входах компараторов и анализировать состояние входных сигналов, последовательно вводя данные из регистров 2-5. Блок счетчиков 11 позво 5 ляет проводить измерительные процедуры по одному или нескольким каналам с использованием принципа "развертывающего уравновешивания". В этом случае блок 12 через регистры управления 18 связывает блок счетчиков 11 с ЦАП 21 (соответственно переключая мультиплексор 14) и начинает периодическийввод и анализ данных с нужной группы компараторов.В этом режиме дешифратор 16 адресов кроме инициализации ввода с компараторов инкрементирует (или декрементирует) содержимое блока счетчиков 11, т.е. при каждом обращении к входным регистрам автоматически на один шаг дискретизации меняется напряжение на опорных входах компараторов. Таким образом, происходит сканирование по диапазону напряжений с целью из мерения значений одного или нескольких каналов.Шинные формирователи 15 сигналов необходимы для непосредственной загрузки числовых значений с шины дан ных центрального процессора в блок счетчиков 11 перед началом процеду" ры допускового контроля или измерения по принципу "развертывающего уравновешивания". Кроме того, шинные формирователи 15 сигналов после окончания данных процедур позволяют ввести данные с выходов блока счетчиков в блок 12.Блок 12 распределения и анализа 40 данных служит для управления измерительными и контролирующими процедурами, а также для обработки информации, полученной в результате проведения этих процедур. Кроме того, 45 блок 12 преобразует полученную информацию в формат, удобный для обработки в ЭВМ высокого уровня и подцерживает протокол обмена с ней данными. импульсов. Генератор тактовых импульсов 13 состоит из задающего генератора, делителей на 2, делителя на 2 и 4. Он служит для формирования парафазных тактовых импульсов для блока 12, а также для синхронизации регистра последовательного приближения,Регистры 18 управления служит для задания режимов функционирования устройства. После запуска блок 12 закладывает в эти регистры данные, разрешающие работу одних и запрещающие функционирование других блоков устройства. Если в процессе выполнения программы контроля возникает необходимость изменить режим работу всего устройства, то блок 12 модифицирует содержимое блока регистров 18, загружая в них новые данные. Данный блок осуществляет следующие управляющие действия: инициирует прерывания внешней ЗВМ через блок.28 (блок внешних прерываний) с указанием адреса-вектора," разрешает или запрещает работу блока 19 внутренних прерываний; разрешает два вида радиальных прерываний блока 12, разрешает работу блока 24 прямого доступа к памяти; выбирает нужную группу входных компараторов 1 с помощью внешних линий стро" бирования, управляет работой мультиплексора 14, преобразователя 10 и цифрового компаратора.Блок 19 внутренних прерываний предназначен для экстренного изменения нрбграммы функционирования устройства по сигналу от внешней ЭВМ (через блок 27 управления) или от других внешних устройств.При поступлении одного из восьми сигналов внутреннего прерывания блок 19 внутреннего прерывания запрашивает блок 12 и, в случае разрешения работы схемы и данного вида прерываний, он подтверждает запрос и по шине адреса данных вводит из этой схемы адрес-вектор программы обработки данного прерывания. После ее выполнения центральный процессор продолжает выполнение прерванной программы.Блок 22 постоянной памяти констант и программ содержит две БИС РПЗУ с общей максимальной емкостью 16 К. Данный блок является памятью программ и констант блока 12. Блок 24прямого доступа к памяти служит дпялибо событии в объекте контроля имеется блок 28 внешних прерываний, с помощью которого блок 12 может запросить внешнюю ЭВМ о представлении прерывания по одному из восьми векторов. Функционирование указанных блоков зависит от конкретного алгоритма процедуры контроля,Устройство объединяет в себе преимущества изиерительно-вычислительных комплексов, имеющихся в составе ЭВМ, и быстродействующих измерителей, работающих по принципу,коллективного развертывающего уравновешивания. Такая структура дает возможность проводить оперативный анализ ситуации, стыкуясь с внешней ЭВМ не терять достоверность и точность контроля, одновременно проводя обработку большого объема данных, т.е.перейти к эксплуатации "интеллектуальных" гибких измерителей в составе мощного двух- и многоуровневых диагностического и (или) управляющего комплекса. Структура устройства позволяет изменять программно и самспособ измерения. Современная элементная база позволяет сделать данный измеритель портативным, включить в состав бортового оборудования. В случае портативного исполнения результаты могут одновременно записываться в, ОЗУ с последующей обработкой. В данной реализации габариты платы измерителя: 285 х 250 ми.Применение устройства позволяет повысить точность контроля за счет изменения стратегии контроля и диагностирования в соответствии с текущей информацией о состоянии объекта контроля. Возможно прогнозирование этого состояния с последующим изменением частоты опроса наиболее "опас ных параметров. Выполнение функций"интеллектуального" анализатора состоя" ния, способного прогнозировать ситуацию и соответственно изменятьсвой алгоритм "поведения",дает возможность использовать данное устройство .в системах контроля и управления широким классом объектов,Формула из о брет ения Измеритель аналоговых сигналов, содержащий регистры по числу входов данных устройства, генератор тактовых импульсов, блок компараторов,9 1599869 1 Ообеспечения связи данного устройствас внешней ЭВМ, которая через блок 27управления загружает начальный адресобласти памяти устройства, затем спомощью блока 24 прямого доступа кпамяти захватывает шину адреса данных всего устройства (блок 12 в этовремя отключается от шины) и, генерируя необходимые сигналы управления,вводит или выводит из заданной области памяти устройства блок данныхдлиной максимум,512 байт. При этомсчетчики формирователя 23 адресовавтоматически инкрементируются прикаждом обращении к памяти устройства,Блок 24 прямого доступа служитдля генерации запроса шины (режимапрямого доступа) блока 12 на основании сигналов внешней ЭВМ, поданных 2 Оею через блок 27 управления и блок26 связиБлок 25 оперативной памяти содержит два БИС ОЗУ с максимальной общейемкостью 4 К. Данный блок является 25памятью данных блока 12. Кроме того, возможен режим, когда внешняяЭВМ по каналу прямого доступа загружает в ОЗУ программу, которой нетв ПЗУ (в силу его ограниченного объема или редкости использования данной процедуры) и дает команду черезблок 27 управления и узел 17 начального пуска на выполнение загружен ной программы.35Блок 26 связи связывает каналвнешней ЭВМ с внутренней шиной адреса данных управления данного устройства. Кроме шинных формирователей сигналов и двунаправленных усилителей информационных сигналов блоксодержит такие ППЗУ управления илина основе сигналов блока 12 и внеш-ней микроЭВМ.Блок 27 управления необходим дляуправления данным устройством извне,например внешней ЭВМ. Фактическиэтот блок является периферийнымустройством, подключаемым к шиневнешней ЭВМ. Занося в него определенные данные, ЭВМ может инициироватьрежим прямого доступа к памяти устройства, прервать выполнение внутренней программы устройства с цельюоперативного изменения режима работы; ввести новую процедуру функционирования и подать команду на еевыполнение. Для того, чтобы оперативно сообщить внешней ЭВМ о каком 11 159 цифроаналоговый преобразователь,вы,ход цифроаналогового преобразователя соединен с одним информационным входом блока компараторов, другие информационные входы которого являются входами данных измерителя, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения измерителя, в него введены первый буфер" ный усилитель, регистр связи с блоком распределения и анализа данных, цифровой компаратор, первый мультиплексор, преобразователь кода сигнала в двенадцатиразрядный код, блок счетчиков, блок распределения и анализа данных, второй мультиплексор, шинные формирователи сигналов, дешифратор адресов, узел начального нуска, регистры управления, блок внутренних прерываний, второй буферный усилитель, блок постоянной памяти констант и программ, формирователь адресов, блок прямого доступа к памяти, блок оперативной памяти данных, блок связи с ЭВМ, блок управления, блок внешних прерываний, выходы результата сравнения блока компараторов соединены с информационными входами соответствующих регистров, стробирующие входы первого, второго,третьего и четвертого регистров соединены соответственно с выходами дешийратора адресов, с первого по четвертый входы синхронизации регистров соединены с первым выходом генератора тактовых импульсов, выходы регистров соединены с входами данных первого буферного усилителя, цифрового компаратора и первого мультиплексора, стробирующий вход первого блока ключей соединен с пятым выходом дешифратора адресов, выходы данных первого блока ключей и регистра связи соединены с входами данных дешифратора адресов, блока постоянной памяти констант и программ, блока оперативной памяти данных, адресные входы регистров управления и шинных формирователей сигналов соединены с шестым выходом дешифратора адресов, информационный вход регистра связи соединен с выходом цифрового компаратора, стробирующий вход1 регистра связи - с управляющим стробированием регистра связи, выходом блока распределения и анализа инфор-, мации, а вход управления режима цифрового компаратора - с выходом уп 9869 12 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 равления цифровым компаратором регистров управления, выход первогомультиплексора соединен с входом данных преобразователя кодов, синхровходом соединенного с первым выходомгенератора тактовых импульсов, первым выходом данных - с первым входомданных второго мультиплексора, вторым выходом данных - с входом данныхблока распределения и анализа данных,второй вход данных второго мультиплексора соединен с информационнымвыходом блока счетчиков, адресныйвход второго мультиплексора соединенс первым адресным выходом регистровуправления, а выход - с входом данных второго блока ключей, вход стробирования которого соединен с выходом стробирования дешифратора адресов, а выход - с первым входом данныхблока счетчиков, к которому подсоединен первый информационный выод шинаных формирователей сигналов, первыйвход данных шинных формирователейсигналов соединен с информационнымвыходом блока счетчиков, второй входданных блока шинных формирователейсоединен с выходом данных дешифратора адресов, управляющий переключением вход шинных йормирователей сигналов соединен с одним выходом блокавнутренних прерываний, другими выходами соединенного с шиной управления блока распределения и анализаданных, первые информационные выходыпервого блока ключей и блока связи,выходы блоков оперативной и постоянной памяти, управляющие выходы узланачального пуска и управляющий входдешифратора адресов, вторые информационные выходы шинных формирователейсигналов соединены соответствующимиинйормационными входами регистра управления, дешифратора адресов, вторым входом данных блока оперативнойпамяти данных, первыми информационными входами блока связи, информационный выход дешийратора адресовсоединен с информационным входом блока распределения и анализа данных,первый адресный выход дешифратораадресов соединен с вторым входом данных блока счетчиков, второй адресный выход - с адресными входами блока постоянной памяти констант и программ и блока оперативной памяти данных, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с синхровхо1599869 13дом блока распределения и анализа данных, первый выход управления доступом к памяти блока распределения и анализа данных соединен с входом включения прямого доступа блока управления, второй выход управления доступом к памяти блока распределения и анализа данных соединен со стартовым входом блока прямого досту 1 О па к памяти, а вход данных - с первым выходом данных блока прямого доступа памяти, стробирующий выход - со стробирующими входами регистров управления, вход управления прерыванием - с соответствующим управляющимвыходом регистров управления, а выход управления начальным пуском - спервым входом выборки узла начального пуска, второй вход выбОрки узла 20 начального пуска соединен со стартовым выходом регистров управления, а адресный вход - с адресным выходом блока управления, выход - с информационно-адресной шиной блока опе . ративной памяти, дешифратора адресов, регистров управления, шинных формирователей сигналов, стартовый вход блока внутренних прерываний соединен с разрешающйм выходом блока 30 управления, а установочный вход - с установочным выходом регистров управления, вход данных цифроаналогового преобразователя соединен с Выходом второго мультиплексораф Вы хо данных блока постоянной памяти констант и программ соединен с информационными входами регистров уп, равления, с вторым входом данных блока шинных формирователей сигналов 40 и с первым информационным входом блока связи с ЭВИ, второй адресный вход блока оперативной памяти данных соединен с первым выходом данных блока связи с ЭВИ, с выходами формирователя адресов и узла начальногопуска, с соответствующим выходом шины управления блока распределенияи анализа данных, выходом блока внутренних прерываний и управляющимвыходом шинных формирователей сигнала, стартовый ,вход формирователяадресов соединен с выходом запускаблока связи, а счетный вход - сосчетным выходом блока управления,вторые адресные выходы регистров управления соединены с адресным входомузла внешних прерываний, выход уведомления о запросе ЭВМ блока прямого доступа соединен с входом уведомления о прямом доступе к памяти(ПДП) блока связи, а вход уведомления о ГЩП блока прямого доступа - свыходом. уведомления о ПДП блока управления, выход разрешения прерьвания блока внешних прерываний соединен с разрешения прерывания блокасвязи с ЭВМ, а вход запроса прерывания - с соответствующим выходом блока связи с ЭВМ, выход установки которого подключен к входу установкиблока внешних прерываний, входы адреса прерывания и выходы для подключения к внешней ЭВМ являются соответствующими выходами многоканального измерителя и подключены к одноименным входам блока внешних прерьваний, выходами вектора прерьваний подключенного к одноименным входам блокауправления, третьи адресные выходырегистров управления подключены кадресным входам мультиплексора, первый и второй стробирующие выходы -к входу выбора группы компараторовблока компараторов и к стартовомувходу преобразователя кодов соответ"ственно, вход-выход блока управления соединен с входом"выходом блока.